EA027806B1 - Способ печати капель жидкого кристалла для лазерных резонаторов на жидком полимерном растворе и устройство, получаемое указанным способом - Google Patents

Способ печати капель жидкого кристалла для лазерных резонаторов на жидком полимерном растворе и устройство, получаемое указанным способом Download PDF

Info

Publication number
EA027806B1
EA027806B1 EA201492190A EA201492190A EA027806B1 EA 027806 B1 EA027806 B1 EA 027806B1 EA 201492190 A EA201492190 A EA 201492190A EA 201492190 A EA201492190 A EA 201492190A EA 027806 B1 EA027806 B1 EA 027806B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
liquid crystal
layer
crystal material
coating
fluid
Prior art date
Application number
EA201492190A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201492190A1 (ru
Inventor
Гарри Коулз
Иэн Хатчингс
Дэмиэн Гардинер
Вен-Кай Хсиао
Филип Хэндс
Стефен Моррис
Тимоти Уилкинсон
Original Assignee
Джонсон Мэтью Плс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GBGB1209235.9A external-priority patent/GB201209235D0/en
Priority claimed from GBGB1214439.0A external-priority patent/GB201214439D0/en
Application filed by Джонсон Мэтью Плс filed Critical Джонсон Мэтью Плс
Publication of EA201492190A1 publication Critical patent/EA201492190A1/ru
Publication of EA027806B1 publication Critical patent/EA027806B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094034—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a dye
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1686—Liquid crystal active layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1341—Filling or closing of cells
    • G02F1/13415—Drop filling process
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/36—Micro- or nanomaterials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018—Mode suppression
    • H01S3/08022—Longitudinal modes
    • H01S3/08031—Single-mode emission
    • H01S3/08036—Single-mode emission using intracavity dispersive, polarising or birefringent elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094076—Pulsed or modulated pumping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Фотонное устройство выполнено посредством: (i) подачи (например, посредством струйной печати) определенной дозы жидкокристаллического материала; и (ii) осаждения этой дозы на поверхность слоя текучего материала с образованием жидкокристаллического покрытия, причем текучий материал и жидкокристаллический материал, по существу, не способны к смешению. Жидкокристаллическое покрытие принимает деформированную форму относительно формы определенной дозы вследствие взаимодействия со слоем текучего материала. Это способствует упорядочению жидкокристаллического материала. Внедрение лазерного красителя обеспечивает возможность фотонному устройству работать в качестве лазера, который в зависимости от обстоятельств может работать выше или ниже порога. Фотонное устройство может также быть использовано в качестве пассивного устройства, основанного на фотонной запрещенной зоне упорядоченного жидкокристаллического материала.

Description

(57) Фотонное устройство выполнено посредством: (ί) подачи (например, посредством струйной печати) определенной дозы жидкокристаллического материала; и (и) осаждения этой дозы на поверхность слоя текучего материала с образованием жидкокристаллического покрытия, причем текучий материал и жидкокристаллический материал, по существу, не способны к смешению. Жидкокристаллическое покрытие принимает деформированную форму относительно формы определенной дозы вследствие взаимодействия со слоем текучего материала. Это способствует упорядочению жидкокристаллического материала. Внедрение лазерного красителя обеспечивает возможность фотонному устройству работать в качестве лазера, который в зависимости от обстоятельств может работать выше или ниже порога. Фотонное устройство может также быть использовано в качестве пассивного устройства, основанного на фотонной запрещенной зоне упорядоченного жидкокристаллического материала.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способам изготовления фотонных устройств и к фотонным устройствам, выполненным посредством таких способов.
Изобретение особенно, но не исключительное, применяется для изготовления жидкокристаллических лазерных устройств.
Уровень техники
Жидкокристаллические материалы представляют собой класс функциональных фотонных материалов. Жидкокристаллические материалы содержат молекулы, имеющие тенденцию к самоорганизации вдоль оптической оси. Характер упорядочения молекул в жидкокристаллических материалах определяет оптические свойства жидкокристаллического материала. Например, киральные жидкие кристаллы склонны к самоорганизации в спиральную конфигурацию вокруг оптической оси. Вследствие двупреломления материала эта спиральная конфигурация приводит к периодическому изменению показателя преломления вдоль оптической оси. При подходящей периодичности это приводит к возникновению фотонной запрещенной зоны для видимых длин волн света с круговой поляризацией.
Оптические свойства киральных жидкокристаллических материалов делают их подходящими для применения в устройствах от бистабильных дисплеев до лазеров. Внедрение органического лазерного красителя в качестве средства сбора света или усиления света в оптический резонатор могут привести к лазерному излучению на краях фотонной зоны. Лазерные устройства, построенные на основании этих материалов, имеют очень малую стоимость производства, небольшой размер и возможность выбора длины волны излучения, в настоящее время в диапазоне от 400 до 850 нм (см. ссылки [4] и [2]).
Акиральные жидкокристаллические материалы применяют в обычных плоских экранах (нематических жидкокристаллических мониторах), замедлителях различных типов и пространственных модуляторах света.
В заявке на патент США № 2011/0097557 описано производство средств безопасности, например для банкнот, в ходе которого полимеризуемый жидкокристаллический материал печатают на твердом слое поливинилового спирта. Слой поливинилового спирта выполнен непритертым, но, как было обнаружено, способствует упорядочению определенных жидкокристаллических материалов.
Обычные полупроводниковые лазеры, используемые в большинстве обычных лазерных систем, представляют собой твердотельные устройства, обычно выполненные посредством сложного процесса, включающего комбинацию операций осаждения, травления и фотолитографии на высококачественных монокристаллических полупроводниковых пластинках. Такие обычные лазеры не могут быть выполнены посредством относительно дешевых технологий печати, таких, например, как нанесение покрытия с удалением излишков с помощью планки или струйная печать. Как ранее было показано в работах [11] и [12], пригодные для печати основанные на жидкокристаллической эмульсии лазерные системы могут быть нанесены осаждением на широкое разнообразие подложек, включая, например, стекло, пластик, металл или бумагу. В этих работах описано осаждение жидкокристаллической генерирующей среды для лазера на подходящие подложки при использовании превращенных в эмульсию образцов и простого процесса нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки. В этих технологиях состав из жидкого кристалла и лазерного красителя превращают в эмульсию в дисперсионной среде поливинилового спирта, которую затем наносят на подложку. Последующее высыхание этой дисперсионной среды и межфазное взаимодействие с ней приводит к возникновению эффективных усилий, которые прилагают к каплям жидкого кристалла, что содействует развитию соответствующего упорядочения молекул жидкого кристалла.
Раскрытие изобретения
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что хотя подход, описанный в работах [11] и [12], обеспечивает простой процесс изготовления, он обладает некоторыми недостатками. Индивидуальные капли жидкого кристалла полидисперсны с точки зрения размера, причем их диаметры обычно составляют от десятков до сотен микрон. Это влияет на качество лазерного излучения. Кроме того, на локальном уровне капли случайно распределены в дисперсионной среде. Следовательно, подход, использованный в работах [11] и [12], не обеспечивает возможность точного расположения отдельных капелек, в результате чего пространственное расположение при излучении света от устройства не может быть точно управляемо.
В соответствии с этим авторы настоящего изобретения попытались преодолеть вышеупомянутые недостатки посредством осаждения структур жидкокристаллической генерирующей среды для лазеров. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что действительно возможно образовать необходимую структуру осажденных слоев жидкокристаллической генерирующей среды для лазеров, например, посредством струйной печати. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что непосредственное осаждение жидкокристаллической генерирующей среды для лазеров на чистые сухие поверхности не в состоянии образовать достаточную степень упорядочения молекул жидкого кристалла (например, подходящее упорядочение для многих устройств, использующих киральные жидкокристаллические материалы, представляет собой упорядочение, при котором винтовая ось кирального жидкого кристалла расположена перпендикулярно к подложке).
- 1 027806
Известно, что управление упорядочением внутри жидкокристаллических материалов важно для обеспечения возможности получения необходимых оптических свойств жидкокристаллического материала для конкретного применения. Например, устройства с плоской индикаторной панелью, содержащие нематический жидкий кристалл, для функционирования дисплея требуют однородности направления директора жидкого кристалла, то есть упорядочения жидкокристаллического материала. Например, отсутствие однородного упорядочения внутри осажденного жидкокристаллического материала, предназначенного для использования в качестве генерирующей среды для лазеров, может привести к многомодовому лазерному излучению или даже к отсутствию лазерного излучения, что обычно нежелательно.
Настоящее изобретение было разработано для разрешения по меньшей мере одного из вышеупомянутых затруднений. Предпочтительно, чтобы настоящее изобретение уменьшало, устраняло, избегало или преодолевало по меньшей мере одно из вышеупомянутых затруднений.
В качестве общего аспекта настоящего изобретения авторы обнаружили, что полезно осаждать жидкокристаллический материал на текучий слой материала, который, по существу, не способен к смешению с жидкокристаллическим материалом. Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что дополнительные преимущества могут быть достигнуты, когда при воздействии жидкокристаллического материала слой текучего материала придает ему форму, что в результате содействует упорядочению молекул в жидкокристаллическом материале.
В качестве первого предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает способ изготовления фотонных устройств, например лазеров, или получения оптических деталей посредством осаждения жидкокристаллических материалов на одном или большем количестве дискретных участков на поверхностях.
В качестве второго предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает способ изготовления фотонного устройства, причем способ включает следующие операции:
ί) подача определенной дозы жидкокристаллического материала объема V, причем объем V совпадает с объемом сферы диаметра Ό1; и ίί) осаждение указанной определенной дозы на поверхность слоя текучего материала с образованием жидкокристаллического покрытия, причем текучий материал и жидкокристаллический материал, по существу, не способны к смешению, при этом жидкокристаллическое покрытие принимает форму, деформированную относительно формы указанной определенной дозы вследствие взаимодействия со слоем текучего материала, причем жидкокристаллическое покрытие имеет максимальную длину Ь1, измеренную в направлении, параллельном поверхности слоя текучего материала перед осаждением, причем Ь1 больше, чем Ό1.
В качестве третьего предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает фотонное устройство, полученное (или доступное для получения) способом согласно первому или второму аспекту.
В качестве четвертого предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает лазерное устройство, полученное (или доступное для получения) способом согласно первого или второго аспекта.
В качестве пятого предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает фотонное устройство, содержащее по меньшей мере одно покрытие из жидкокристаллического материала, образованное на подстилающем слое, причем подстилающий слой содержит поверхность подстилающего слоя, окружающую покрытие из жидкокристаллического материала, причем жидкокристаллическое покрытие обладает максимальной длиной Ь2, измеренной в направлении, параллельном поверхности подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала, и максимальной высотой Н2, измеренной в направлении, перпендикулярном поверхности подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала, так что Ь2 больше Н2, причем форма жидкокристаллического покрытия такова, что оно выступает над поверхностью подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала.
В качестве шестого предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает способ использования фотонного устройства согласно третьему или пятому аспекту, при котором фотонное устройство подвергают облучению источником электромагнитного излучения, и оно вырабатывает соответствующий отклик, обнаруживаемый датчиком или посредством наблюдения.
Любые из аспектов настоящего изобретения могут быть объединены друг с другом.
Любые из аспектов настоящего изобретения могут содержать любую из следующих дополнительных функций или при условии их достаточной совместимости любую их комбинацию.
Используемый здесь термин жидкокристаллический материал описывает материал, содержащий по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 75 вес.%, еще предпочтительнее 90 вес.% по меньшей мере одного химического соединения, проявляющего поведение жидких кристаллов. При необходимости жидкокристаллический материал содержит множество химических соединений, известных проявлением поведения жидкого кристалла. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения жидкокристаллический материал содержит удлиненные молекулы.
Удобно, чтобы жидкокристаллический материал представлял собой киральный жидкокристаллический материал, то есть материал, содержащий по меньшей мере 50 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 75 вес.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90 вес.% одного химического соединения,
- 2 027806 проявляющего поведение жидкого кристалла, и киральную добавку, например соединение ΒΌΗ-1281. Добавление киральный добавки обеспечивает управление киральностью жидкокристаллического материала посредством управления периодичностью изменения показателя преломления в жидкокристаллическом материале. Подходящие киральные добавки описаны в патенте США № 6217792 и в заявке \УО 2011/137986. Удобно, чтобы киральный жидкокристаллический материал содержал меньше 10 вес.% киральной добавки. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения киральный жидкокристаллический материал содержит примерно от 2 до 6 вес.% киральной добавки. Киральные жидкокристаллические материалы имеют тенденцию упорядочения в спиральную структуру. Киральные жидкокристаллические материалы особенно подходят для формирования лазера с излучением на краю зоны. В качестве альтернативы киральный жидкокристаллический материал содержит киральное химическое соединение, известное проявлением поведения жидкого кристалла.
Жидкокристаллический материал может представлять собой по меньшей мере одно из следующего: нематические, киральные нематические, смектические материалы или материалы голубой фазы. Особенно предпочтительны киральные нематические материалы.
Соответствующим образом жидкокристаллические материалы образуют лазер. В предпочтительно варианте реализации настоящего изобретения жидкокристаллический материал проявляет лазерное излучение на краю фотонной зоны. В качестве альтернативы жидкокристаллический материал может проявлять случайное лазерное излучение.
При необходимости жидкокристаллический материал содержит флуоресцентный краситель, флуоресцентный лазерный краситель, квантовую точку или другие добавки, предназначенные для сбора или усиления света, такие как ΝΦΥΑΟ, Тксапфир, Сг:сапфир, Сг:Ы§АР, Εγ:ΥΡΡ, Ыб:стекло и Ег:стекло, чтобы обеспечить возможность работы жидкокристаллического материала в качестве генерирующей среды для лазеров.
Соответствующим образом жидкокристаллический материал проявляет нематическую фазу. Киральный жидкокристаллический материал, проявляющий нематическую фазу, особенно подходит для выполнения лазера с излучением на краю зоны. Однако эти материалы могут также быть использованы для выполнения лазера с хаотической генерацией.
При необходимости жидкокристаллический материал проявляет смектическую фазу. Киральные смектические жидкокристаллические материалы подходят для выполнения лазера с излучением на краю зоны и могут также быть использованы для выполнения лазера с хаотической генерацией.
При необходимости жидкокристаллический материал проявляет голубую фазу I, II или III. Материалы голубой фазы особенно подходят для выполнения лазера с излучением на краю зоны.
В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения нет необходимости для жидкокристаллического материала образовывать лазер. Это, например, имеет место там, где фотонное устройство предназначено для использования в качестве пассивного устройства. Подходящие пассивные устройства включают, например, отражатели типа брэгговских, где известная часть электромагнитного спектра избирательно отражена по другим участкам спектра.
Предпочтительно определенная доза жидкокристаллического материала образована посредством струйной печати. Для преодоления недостатка, связанного с точным пространственным расположением, авторы настоящего изобретения разработали основанный на струйной печати процесс, который предпочтительно может быть использован для построения массивов жидкокристаллических лазеров или других фотонных устройств при сохранении нужных характеристик излучения.
Способ согласно настоящему изобретению может быть использован для построения структурированных массивов покрытий из жидкокристаллического материала, например, предварительно разработанных сложных двумерных структур. Структурированный массив может также быть регулярным массивом жидкокристаллических покрытий.
Фотонное устройство согласно настоящему изобретению может содержать множество жидкокристаллических покрытий в регулярном и/или структурированном массиве.
При необходимости форма жидкокристаллического покрытия такова, что оно выступает вверх и вниз относительно слоя текучего материала (или поверхности подстилающего слоя), окружающего покрытие из жидкокристаллического материала.
При необходимости слой текучего материала, по меньшей мере, частично окружает с образованием оболочки жидкокристаллическое покрытие. Например, при двояковыпуклой форме жидкокристаллического покрытия слой текучего материала может окружать с образованием оболочки одну из главных выпуклых поверхностей двояковыпуклой формы.
Дополнительное преимущество при использования процесса струйной печати состоит не только в гибкости при осаждении самих лазерных материалов с управляемыми характеристиками излучения, но в значительном облегчении обработки дополнительных добавок. Таким образом, например, дополнительные материалы могут быть осаждены посредством струйной печати. Слой текучего материала может быть осажден посредством струйной печати (перед осаждением жидкокристаллического материала). Подобным образом могут также быть осаждены и другие материалы, например другие полимерные слои, предназначенные для содействия защите жидкокристаллического материала или ее обеспечения и/или
- 3 027806 для улучшения упорядочения внутри жидкокристаллического материала.
Длина Ь1 жидкокристаллического покрытия равна максимальному расстоянию по жидкокристаллическому покрытию на слое текучего материала, измеренному вдоль прямой линии, параллельной поверхности слоя текучего материала. Например, когда жидкокристаллическое покрытие представляет собой, по существу, круговой островок при рассмотрении сверху, величина Ь1 равна диаметру островка.
Жидкокристаллическое покрытие обладает минимальной шириной ν1. Ширина XVI жидкокристаллического покрытия равна минимальному расстоянию по жидкокристаллическому покрытию на слое текучего материала, измеренному вдоль прямой линии, параллельной поверхности текучего материала и проходящей через центральную точку (или среднюю точку) жидкокристаллического покрытия при рассмотрении сверху. Здесь поверхность слоя текучего материала рассматривают перед осаждением покрытия из жидкокристаллического материала. Например, когда жидкокристаллическое покрытие представляет собой, по существу, круговой островок при рассмотрении сверху, величина V1 равна диаметру островка.
Ширина ν2 жидкокристаллического покрытия равна минимальному расстоянию по жидкокристаллическому покрытию на опорном слое (или на подстилающем слое), измеренному параллельно поверхности опорного слоя (или поверхности подстилающего слоя), окружающего жидкокристаллическое покрытие, аналогично ширине ν1. Ширина ν2 может быть отлична от ширины ν1 вследствие преобразования слоя текучего материала в опорный слой (или подстилающий слой).
Длина Ь2 жидкокристаллического покрытия равна максимальному расстоянию по жидкокристаллическому покрытию на опорном слое (или на подстилающем слое), измеренному параллельно поверхности опорного слоя (или поверхности подстилающего слоя), окружающей жидкокристаллическое покрытие. Например, когда жидкокристаллическое покрытие представляет собой, по существу, круглую каплю, Ь2 равно диаметру капли. Длина Ь2 может быть отлична от длины Ь1 вследствие преобразования слоя текучего материала в опорный слой (или подстилающий слой).
Длина Ь1 может быть измерена посредством микроскопии статического изображения после осаждения покрытия. Длина Ь2 может быть измерена посредством микроскопии статического изображения после операции преобразования слоя текучего материала в опорный слой.
Ширина V1 может быть измерена посредством микроскопии статического изображения после осаждения покрытия. Ширина ν2 может быть измерена посредством микроскопии статического изображения после операции преобразования слоя текучего материала в опорный слой.
Диаметр Ό1 может также быть измерен посредством микроскопии. В случае струйной печати диаметр Ό1 может быть измерен посредством видеомикроскопии при захвате изображений образованной капли после ее выхода из струйного сопла, но перед осаждением на слое текучего материала. В качестве альтернативы для других процессов осаждения диаметр Ό1 может быть вычислен на основании известного значения объема V определенной дозы жидкокристаллического материала.
Высота Н1 покрытия из жидкокристаллического материала равна максимальной высоте жидкокристаллического покрытия, измеренной перпендикулярно поверхности слоя текучего материала. Здесь поверхность слоя текучего материала снова рассматривают перед осаждением покрытия из жидкокристаллического материала.
Высота Н2 жидкокристаллического покрытия равна максимальной высоте покрытия из жидкокристаллического материала, измеренной перпендикулярно поверхности опорного слоя (или поверхности подстилающего слоя), окружающего покрытие из жидкокристаллического материала.
Высоты Н1 и Н2 жидкокристаллического покрытия могут также быть измерены посредством микроскопии статического изображения после осаждения капли. Высоты Н1 и Н2 могут также быть измерены посредством сканирующей электронной микроскопии.
Для преодоления недостатка, связанного с плохим упорядочением внутри жидкокристаллического материала, авторы настоящего изобретения развили подход, использующий преимущество того факта, что могут быть идентифицированы и отобраны определенные текучие материалы, с которыми, по существу, не происходит смешивание жидкокристаллических материалов. Например, подходящие жидкокристаллические материалы имеют тенденцию к несмешиванию в полимерных растворах, таких как водный поливиниловый спирт. Это показано в работах [9], [11] и [12], в которых образована эмульсия фазы жидкокристаллического материала в дисперсионной среде водного поливинилового спирта. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда капли жидкокристаллической фазы меньше по объему, чем текучий материал, например полимерный раствор, как в случае маленьких покрытий на слое текучего материала, например на влажной пленке, межфазное поверхностное натяжение вызывает напряжения и искажает жидкокристаллические фазы (покрытия). В результате происходит содействие необходимому упорядочению молекул жидкого кристалла в жидкокристаллическом покрытии.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что струйная печать жидкокристаллического материала обеспечивает возможность точного пространственного расположения жидкокристаллического материала на поверхности, на которой он напечатан. Струйная печать жидкокристаллического материала на текучий материал, который, по существу, не способен к смешению с жидкокристаллическим материалом, улучшает пространственное расположение жидкокристаллического материала на поверхности и
- 4 027806 также улучшает упорядочение внутри жидкокристаллического материала. Существенная несмешиваемость этих двух материалов означает, что эти материалы образуют различные фазы при контакте друг с другом. При круглой при виде сверху форме покрытия из жидкокристаллического материала поверхностное натяжение на границе раздела между жидкокристаллическим материалом и слоем текучего материала формирует покрытие из жидкокристаллического материала с диаметром Ό2, который больше диаметра Ό1 сферы с тем же самым объемом V, как у определенной дозы осажденного жидкокристаллического материала. Это искажение вызывает упорядочение молекул внутри жидкокристаллического материала. Бесконтактная и самоорганизационная природа этого способа обеспечивает возможность дешевого и гибкого изготовления фотонных устройств на широком диапазоне поверхностей. Этот способ также обеспечивает возможность точного управления структурированием наряду с управлением над фотонным свойством жидкокристаллического материала посредством наведения упорядочения в жидкокристаллическом материале.
Соответствующим образом объем текучего материала в слое текучего материала больше объема жидкокристаллического материала, осажденного посредством струйной печати в процессе согласно настоящему изобретению. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения глубина слоя текучего материала (или подстилающего слоя) больше, чем максимальная высота Н1 и/или Н2 покрытия из жидкокристаллического материала. В еще более предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения глубина слоя текучего материала (или подстилающего слоя) больше диаметра Ό1 сферы с тем же самым объемом V, как у определенной дозы жидкокристаллического материала.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения высота Н2 больше чем 1 мкм, в более предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения больше чем 5 мкм.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения высота Н2 меньше чем 100 мкм.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения значение высоты Н2 находится в диапазоне от 1 до 100 мкм, в более предпочтительном варианте от 5 до 50 мкм и в еще более предпочтительном варианте от 5 до 30 мкм.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Н1 к Н2 не меньше чем 1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Н1 к Н2 не превышает 50:1.
Как полагают, покрытие из жидкокристаллического материала, имеющего высоту Н2 в пределах указанных выше диапазонов значений, особенно подходит для использования в качестве лазера вследствие получаемой в результате длины лазерного резонатора.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ό1 к Н1 меньше чем
50:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь2 к Н2 составляет от 2:1 до 200:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь1 к Ό1 не превышает 20:1, в более предпочтительном варианте меньше 10:1 и в наиболее предпочтительном варианте меньше чем 3:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь1 к Н1 не меньше чем 1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь1 к Н1 не превышает 50:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь2 к Н2 не меньше чем 1.1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь2 к Н2 не превышает 1000:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение \71 к Ό1 не меньше чем 0.1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение \71 к Ό1 не превышает 20:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение \71 к \72 не превышает 1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение \71 к \72 не меньше чем 0.01:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь1 к \71 не меньше чем 1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь1 к \71 не превышает 200:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь2 к \72 не меньше чем 1:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение Ь2 к \72 не превы- 5 027806 шает 1000:1.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что работа в указанных выше диапазонах, как правило, способствует упорядочению жидкокристаллического материала в покрытии из жидкокристаллического материала вследствие эффектов формы, вызываемых взаимодействием со слоем текучего материала.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения жидкокристаллические материалы осаждены посредством струйной печати на жидкий слой. Здесь жидкий слой представляет собой пример слоя текучего материала согласно второму аспекту изобретения.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения жидкий слой осажден в виде пленочного покрытия при использовании скребка-лопатки или нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки или осаждения покрытия с помощью валиков или струйного осаждения в виде непрерывной влажной пленки (например, слоя раствора), отдельных капель, групп соединенных капель или множественных капель в одном и том же месте.
Соответствующим образом способ включает операцию преобразования слоя текучего материала в опорный слой. Как правило, это имеет место после осаждения капли жидкокристаллического материала. При необходимости операция преобразования слоя текучего материала включает затвердевание слоя текучего материала с образованием опорного слоя. Операция преобразования слоя текучего материала в опорный слой может включать любой химический или физический процесс, способный преобразовать, например, жидкость, в твердое или полутвердое тело. При необходимости операция преобразования слоя текучего материала включает охлаждение (например, отвердевание), испарение растворителя, структурирование с образованием поперечных соединительных связей или полимеризацию (например, фотоиндуцированную полимеризацию) слоя текучего материала. При использовании текучего материала в виде раствора преобразование в опорный слой может включать испарение некоторой части или всего растворителя из раствора. Преобразование слоя текучего материала в опорный слой имеет преимущество в том, что жидкокристаллический материал может быть поддержан в нужном месте внутри опорного слоя. Следовательно, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения опорный слой предотвращает перемещение капли жидкокристаллического материала из нужного местоположения, например, во время перемещения или вибрации фотонного устройства.
Операция преобразования слоя текучего материала в опорный слой может также включать сокращение слоя текучего материала в размерах. Например, при использовании текучего материала в виде раствора испарение растворителя с образованием опорного слоя может также приводить к сокращению слоя текучего материала в размерах. Сокращение текучего материала в размерах может дополнительно искажать каплю жидкокристаллического материала с дополнительным улучшением упорядочения молекул внутри жидкокристаллического материала.
Операция преобразования слоя текучего материала в опорный слой может также включать искажение покрытия из жидкокристаллического материала. Максимальная длина покрытия из жидкокристаллического материала после операции преобразования слоя текучего материала в опорный слой равна Ь2. Максимальная высота покрытия из жидкокристаллического материала после операции преобразования слоя текучего материала в опорный слой равна Н2.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения происходит увеличение максимальной длины покрытия из жидкокристаллического материала во время преобразования слоя текучего материала в опорный слой, таким образом, что длина Ь2 больше длины Ь1. Это дополнительно улучшает упорядочение внутри жидкокристаллического материала.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения происходит уменьшение максимальной высоты жидкокристаллического материала во время преобразования слоя текучего материала в опорный слой, таким образом, что высота Н2 меньше высоты Н1. Это дополнительно улучшает упорядочение внутри жидкокристаллического материала.
При необходимости после преобразования слоя текучего материала в опорный слой отношение максимальной длины Ь2 покрытия из жидкокристаллического материала на опорном слое к диаметру Ό1 сферы, имеющей тот же самый объем V, как определенная доза жидкокристаллического материала, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения меньше чем 20:1, в более предпочтительном варианте меньше чем 10:1 и в еще более предпочтительном варианте меньше чем 3:1.
Соответствующим образом способ включает операцию отвердевания покрытия из жидкокристаллического материала. Операция отвердевания жидкокристаллического материала может содержать фотополимеризацию реактивных мономеров, например, при содержании жидких кристаллических моно- и диакрилатных материалов в жидкокристаллическом материале или при способности к полимеризации самого жидкокристаллического материала. Отвердевание осажденной капли жидкокристаллического материала предотвращает разрушение улучшенного упорядочения, достигнутого способом настоящего изобретения, например, во время перемещения или вибрации фотонного устройства.
Соответствующим образом текучий материал представляет собой жидкость. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения жидкость представляет собой раствор, например полимерный раствор. Жидкость может быть коллоидным раствором, суспензией или эмульсией. В некоторых
- 6 027806 вариантах реализации настоящего изобретения слой текучего материала представляет собой полимердиспергированный жидкокристаллический слой, как описано в работах [11] и [12]. В других вариантах реализации настоящего изобретения текучий материал может быть материалом, пластично деформируемым в ответ на прибытие выработанной капли, например, гелем или пастой.
При использовании текучего материала в виде полимерного раствора указанный полимерный раствор может содержать полимер, выбранный из группы, включающей поливиниловый спирт, полиуретан, полиамиды, например нейлон 6,6, полиметилметакрилат, полиимиды, поли(пиромеллитикдиангидридоксидианилины) и пенопласт. В качестве растворителя может быть использован любой подходящий растворитель, например вода, дихлорометан, муравьиная кислота, ацетон, изопропиловый спирт, толуол, циклогексан или, например, другие органические растворители или их производные.
При необходимости концентрация полимерного раствора составляет от 1 до 30 вес.%. В более предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения концентрация полимерного раствора составляет от 5 до 20 вес.%.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения текучий материал содержит лазерный материал, например текучий материал может быть основанной на эмульсии лазерной средой, как описано в работах [11] и [12]. При содержании лазерного материала в покрытии из жидкокристаллического материала текучий материал может проявлять то же самое лазерное действие, как и покрытие из жидкокристаллического материала. В качестве альтернативы текучий материал может проявлять лазерное действие, отличное от действия покрытия из жидкокристаллического материала.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения текучий материал содержит компонент упорядочения, способствующий упорядочению в жидкокристаллическом материале. Компонент упорядочения может содержать полиимиды, сурфактанты, полимеры (например, поливиниловый спирт, полиуретан, полиамиды, нейлон 6,6, полиметилметакрилат или поли (пиромеллитикдиангидридоксидианилин)) или производные этих материалов, которые способствуют предпочтительной ориентации жидкого кристалла.
Текучий материал, содержащий компонент упорядочения, имеет преимущество в обеспечении химического управления упорядочением внутри жидкокристаллического материала в дополнение к физическому управлению посредством изменения формы покрытия из жидкокристаллического материала. Таким образом, использование компонента упорядочения дополнительно улучшает упорядочение внутри жидкокристаллического материала.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения текучий материал содержит компонент упорядочения, способствующий плоскому вырожденному упорядочению в жидкокристаллическом материале. При использовании в качестве жидкокристаллического материала киральнго жидкокристаллического материала компонент плоского вырожденного упорядочения соответствующим образом способствует гомеотропному упорядочению (перпендикулярному закреплению) оптических осей жидкого кристалла в покрытии из жидкокристаллического материала.
Применение компонента плоского вырожденного упорядочения также дополнительно улучшает упорядочение внутри жидкокристаллического материала. Например, киральный жидкокристаллический материал содержит молекулы, которые выполняют самоорганизацию вдоль спиральной оси, как описано выше. Описанное выше изменение формы покрытия из жидкокристаллического материала улучшает упорядочение спиральный осей. Обеспечение компонента плоского вырожденного упорядочения в слое текучего материала вызывает упорядочение молекул в основании покрытия из жидкокристаллического материала параллельно поверхности слоя текучего материала. Это упорядочение молекул в основании спиральных структур приводит к упорядочению спиральных осей перпендикулярно поверхности слоя текучего материала (или поверхности подстилающего слоя). Это особенно выгодно для лазерного излучения на краю зоны.
Слой текучего материала соответствующим образом образован на подложке. Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что выбор подложки не ограничен особенным образом. Подложка может быть выполнена из любого материала, на поверхность которого может быть осажден текучий материал и который оказывает подходящую поддержку для фотонного устройства. Подложка может быть выполнена светопропускающей или отражающей, например, для обеспечения возможности облучения капли жидкокристаллического материала излучением накачки для работы в качестве лазера. Таким образом, подходящие подложки включают светопропускающее стекло и светопропускающие пластмассы. Подложка может, например, быть выполнена твердой или, по существу, твердой. В качестве альтернативы подложка может быть выполнена гибкой.
Поверхность подложки может содержать структуры, такие как выемки или барьеры. Структурированная подложка обеспечивает возможность дополнительного управления пространственным расположением или формой текучего слоя, осажденного жидкокристаллического материала и/или защитных слоев.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения слой текучего материала осажден в виде пленочного покрытия при использовании лезвия дозирования или нанесения покрытия с удалением излишков с помощью планки или осаждения покрытия с помощью валиков или струйного осаж- 7 027806 дения непрерывной пленки, отдельных капель или групп соединенных капель. Струйное осаждение текучего материала обеспечивает возможность непрерывной печати жидкокристаллических фотонных устройств.
В качестве альтернативы текучий материал может быть осажден на дискретных участках, например, в виде как отдельных покрытий, так и групп соединенных покрытий с образованием линий или других элементов. Выполнение дискретных участков слоя текучего материала обеспечивает возможность наведения асимметричного напряжения в позднее осажденных жидкокристаллических материалах с образованием нужных оптических свойств.
При использовании струйной печати для осаждения текучего материала цифровая сущность струйного способа осаждения также обеспечивает возможность гибкости при изменении порядка и местоположения осажденного материала, например жидкокристаллических материалов на текучий материал или наоборот, или выполнения многослойных структур, содержащих один или больше слоев жидкокристаллических материалов и других жидкотекучих материалов. Приложение описанного способа по настоящему изобретению может также быть распространено на более широкий диапазон жидкокристаллических материалов, содержащих (не ограничиваясь этим) нематические, киральные нематические, смектические материалы, материалы голубой фазы или любую комбинацию этих материалов.
Соответствующим образом способ включает операцию создания защитного слоя. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения материал защитного слоя осажден поверх покрытия из жидкокристаллического материала. Защитный материал может быть тем же самым материалом, что и текучий материал. Слой защитного материала может быть преобразован в защитный опорный слой. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения слой защитного материала и слой текучего материала (или опорный слой, или подстилающий слой) вместе полностью окружают с образованием оболочки покрытие из жидкокристаллического материала. Слой защитного материала может также дополнительно изменить форму покрытия из жидкокристаллического материала, чтобы вызвать дальнейшее упорядочение внутри жидкокристаллического материала.
Слой защитного материала может создавать гидрофобную или гидрофильную поверхность. Слой защитного материала может быть получателем или поглотителем кислорода. Слой защитного материала может быть гидроизолирующим слоем или поглотителем с возможностью предпочтительного поглощения. Например, могут быть использованы полиуретан, поливиниловый спирт, полидиметилсилоксан или другие силиконы. Описанные выше для слоя текучего материала дополнительные и предпочтительные особенности также имеют отношение к слою защитного материала. Например, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения защитный слой содержит компонент упорядочения, предназначенный для улучшения упорядочения в покрытии из жидкокристаллического материала. Соответствующим образом защитные материалы могут содержать: поливиниловый спирт, полиуретан, нейлон 6,6, полиметилметаакрилат, полиимиды, поли(пиромеллитикдиангидридоксидианилин), металл-окисные полимерные композиты или производные этих материалов.
Как упомянуто выше, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения толщина Т1 слоя текучего материала больше диаметра Ό1, который должен соответствовать объему V определенной дозы жидкокристаллического материала. Это обеспечивает возможность слою текучего материала изменять форму покрытия из жидкокристаллического материала.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения толщина Т1 текучего материала меньше чем 10 диаметров Ό1 выработанной капли жидкокристаллического материала.
Соответствующим образом толщина Т1 составляет от 10 мм до 10 нм, лучше от 1 мм до 1 мкм и еще лучше от 100 до 10 мкм. При слишком большом значении Т1 капля жидкокристаллического материала, осажденного на слое текучего материала, может быть перемещена из места осаждения потоками, вызванными внутри текучего материала. Например, при изготовлении текучего материала в виде раствора, как правило, происходит увеличение отрезка времени, в течение которого текучий материал существует в жидкой фазе, с увеличением толщины слоя текучего материала. Поскольку происходит испарение растворителя из слоя раствора, это может привести к протеканию потока в текучем материале, что может нарушить положение капли жидкокристаллического материала на слое текучего материала. Следовательно, управление толщиной слоя текучего материала является преимущественным. По тем же самым причинам также выгодно управление скоростью отвердения слоя текучего материала.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение толщины Т2 опорного слоя к толщине текучего слоя находится в диапазоне от 1:1 до 0,01:1.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения толщина слоя текучего материала, по существу, постоянна по слою. Струйная печать слоя текучего материала обеспечивает возможность точного управления толщиной этого слоя.
Соответствующим образом толщина защитного слоя составляет от 10 нм до 10 мм.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения способ включает обеспечение второй, и при необходимости третьей, и при необходимости четвертой и т.д. определенной дозы жидкокристаллического материала и ее осаждение на слой текучего материала, то есть происходит повторение операций ί) и ίί). Таким образом, может быть выполнено устройство, содержащее множество фотонных
- 8 027806 местоположений, таких как активные фотонные местоположения. Соответствующим образом второе и при необходимости дополнительные покрытия из жидкокристаллического материала осаждены на том же слое текучего материала, что и первая капля, но каждый в месте, отличном от местоположения первой капли. Таким образом, способ может быть использован для получения массива (предпочтительно упорядоченного массива) покрытий из жидкокристаллического материала на слое текучего материала. В качестве альтернативы каждое из второго, и при необходимости третьего, и при необходимости четвертого и т.д. покрытий могут быть осаждены на разном слое текучего материала, то есть на втором, и при необходимости на третьем, и при необходимости на четвертом и т.д. слое текучего материала. Таким образом, способ может быть использован для получения покрытия из жидкокристаллического материала на нескольких отдельных слоях текучего материала. В этом случае слои текучего материала могут быть различными, например, с точки зрения состава, толщины и т.д., чтобы обеспечить различное управление каплям из жидкокристаллического материала.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения способ включает выработку второй, и при необходимости третьей, и при необходимости четвертой и т.д. определенной дозы жидкокристаллического материала и осаждения жидкокристаллического материала на слой текучего материала в том же самом местоположении, что и первое покрытие из жидкокристаллического материала. Это обеспечивает возможность управления размером покрытий из жидкокристаллического материала.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения при обеспечении множества определенных доз жидкокристаллического материала жидкокристаллический материал, осаждаемый в различных местоположениях, может быть одним и тем же жидкокристаллическим материалом. В качестве альтернативы жидкокристаллические материалы, осаждаемые в различных местоположениях, могут быть различными жидкокристаллическими материалами, например, когда различное лазерное действие необходимо в различных местоположениях.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения отношение объема V (измеренного в мкм3) определенной дозы жидкокристаллического материала к длине Ь1 (измеренной в мкм) покрытия из жидкокристаллического материала находится в диапазоне от 10:1 до 1000000:1 мкм2.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения предпочтительно, чтобы слой текучего материала содержал два или больше различных слоев. Может быть выгодным выполнение верхнего слоя, обеспечивающего конкретное нужное взаимодействие с поступающей определенной дозой жидкокристаллической среды, и нижнего слоя (или нижних слоев), который обеспечивает или нужное взаимодействие с поступающей определенной дозой жидкокристаллической среды, или другое нужное взаимодействие с верхним слоем.
В качестве шестого предпочтительного аспекта настоящее изобретение предлагает способ использования фотонного устройства согласно третьему или пятому аспекту, при котором фотонное устройство подвергнуто облучению источником электромагнитного излучения и обеспечивает соответствующий отклик, измеряемый датчиком или посредством наблюдения.
В связи с шестым аспектом настоящего изобретения существуют несколько режимов работы фотонного устройства. Они зависят от самого устройства и от облучения устройства.
При выполнении фотонного устройства в виде лазера устройство, как правило, содержит лазерный краситель. Облучение источником электромагнитного излучения предпочтительно обеспечивает оптическую накачку. В этом случае источник обычно представляет собой лазер. Однако в качестве альтернативы источник может быть светодиодом, например светодиодом большой мощности.
Возможно работа лазера выше порога. Таким образом, оптическая накачка, создаваемая источником, достаточна для получения лазерного излучения в покрытии из жидкокристаллического материала.
Однако в качестве альтернативы возможна работа лазера ниже порога посредством подходящего регулирования мощности источника, выходного спектра источника или посредством использования другого источника. В этом случае лазерный краситель все же способен флуоресцировать, но количества фотонов, испущенных лазерным красителем, недостаточно для получения истинного лазерного излучения. Однако оптический выход устройства может содержать особенности, связанные со взаимодействием фотонов, испущенных лазерным красителем, и фотонной запрещенной зоны покрытия из жидкокристаллического материала. Следовательно, в этом случае работа фотонного устройства ниже порога может быть подходящей для получения характерного выходного сигнала, который может быть обнаружен или наблюдаем. Таким образом, работа фотонного устройства ниже порога способна обеспечить механизм безопасности, который может быть опрошен посредством использования подходящего источника облучения. Кроме того, другие флуоресцентные хромофоры могут быть использованы вместо обычного лазерного красителя. Они могут содержать другие флуоресцентные маркеры, красители или квантовые точки, например, при модификации естественной флуоресценции вследствие присутствия фотонной запрещенной зоны жидкого кристалла.
Особенно интересно отметить, что одно и тоже фотонное устройство может быть подвергнуто любому из упомянутых выше режимов работы. Таким образом, при наличии подходящего источника электромагнитного излучения фотонное устройство может работать выше порога с результатирующим выходом и лазерным выходом от устройства. Однако при наличии источника энергии электромагнитного из- 9 027806 лучения только более низкой мощности фотонное устройство может работать ниже порога с результирующим выходом, характерным для работы ниже порога.
Фотонное устройство не обязательно должно содержать лазерный или флуоресцентный краситель. Фотонное устройство может быть использовано в пассивном режиме. В этом случае освещение устройства окружающим светом или светом из определенного источника (например, светодиодом с известным спектральным выходом) может привести к избирательному отражению от фотонного устройства на основании фотонной запрещенной зоны. Нефлуоресцентные красители или материал, поглощающий определенные области электромагнитного спектра, могут также быть добавлены к смеси для создания характерного признака.
В каждом из этих режимов работы предпочтительно, чтобы было выполнено множество фотонных устройств, размещенных в подходящем массиве или структуре. Этот массив или структура могут быть упорядочены, например, они могут иметь определенную степень симметрии или образовывать опознаваемую форму. Однако не является обязательным, чтобы массив или схема были упорядочены. Могут быть использованы полностью случайные или очевидно случайные массив или структура. Позиционное расположение устройств на подложке и друг относительно друга может быть использовано для кодирования информации. Такие массивы или структуры могут быть непосредственно получены на основании описанного подхода струйной печати. Оптический отклик может претерпевать изменение от устройства к устройству в массиве. Получаемый в результате оптический отклик массива фотонных устройств при облучении их соответствующим образом обеспечивает убедительное основание для элемента безопасности при идентификации имеющих ценность объектов или документов.
Дальнейшие дополнительные признаки изобретения будут изложены ниже.
Краткое описание чертежей
Варианты реализации настоящего изобретения теперь будут описаны в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1 показан спектр излучения при оптическом возбуждении на длине волны 532 нм для покрытия по сопоставительному примеру 1;
на фиг. 2 схематически показан вид, отображающий выполнение слоя текучего материала согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3 а схематически показан вид, отображающий струйную печать жидкокристаллического материала согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3Ь показан увеличенный вид, снятый во время микроскопического отображения печатающей головки, показанной на фиг. 3 а в момент времени 0 мкс во время образования покрытия из жидкокристаллического материала;
на фиг. 3 с показан увеличенный вид, снятый во время микроскопического отображения печатающей головки, показанной на фиг. 3а в момент времени 20 мкс во время образования покрытия из жидкокристаллического материала;
на фиг. 36 показан увеличенный вид, снятый во время микроскопического отображения печатающей головки, показанной на фиг. 3а в момент времени 50 мкс во время образования покрытия из жидкокристаллического материала;
на фиг. 3е показан увеличенный вид, снятый во время микроскопического отображения печатающей головки, показанной на фиг. 3а в момент времени 250 мкс во время образования покрытия из жидкокристаллического материала;
на фиг. 4а показано снабженное шкалой высокоскоростное микроскопическое изображение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала, выработанное головкой струйной печати в начальный момент времени 0 мс;
на фиг. 4Ь показано снабженное шкалой высокоскоростное микроскопическое изображение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала, воздействующее на поверхность слоя текучего материала спустя 0,2 мс после начального момента времени;
на фиг. 4с показано снабженное шкалой высокоскоростное микроскопическое изображение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала на слое текучего материала спустя 0,6 мс после начального момента времени;
на фиг. 46 показано снабженное шкалой высокоскоростное микроскопическое изображение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала на слое текучего материала спустя 100 мс после начального момента времени;
на фиг. 4е показано снабженное шкалой высокоскоростное микроскопическое изображение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала на слое текучего материала спустя 500 мс после начального момента времени;
на фиг. 4£ показано снабженное шкалой высокоскоростное микроскопическое изображение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала на слое текучего материала спустя 2 с после начального момента времени;
на фиг. 5а схематически показано поперечное сечение, отображающее покрытие из жидкокристаллического материала на слое текучего материала;
- 10 027806 на фиг. 5Ь схематически показан вид сверху, отображающий покрытие из жидкокристаллического материала на слое текучего материала;
на фиг. 6 показан график, отображающий лазерное излучение после оптического возбуждения в максимуме поглощения лазерного красителя из покрытия из жидкокристаллического материала, осажденного согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7 показан график, отражающий интенсивность на выходе как функцию энергии возбуждения для того же жидкокристаллического материала, что показан на фиг. 6;
на фиг. 8 показан график, отражающий взятую в качестве примера полосу отражения для кирального нематического жидкокристаллического материала и для того же кирального нематического жидкокристаллического материала, объединенного с красителем;
на фиг. 9 показан спектральный отклик для образца согласно примеру 5; на фиг. 10 показан спектральный отклик для образца согласно примеру 6.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения и дополнительные особенности настоящего изобретения.
Киральные нематические жидкие кристаллы представляют собой уникальный класс функциональных фотонных материалов, используемых от бистабильных дисплеев до лазеров [1, 2]. В этих материалах происходит самоорганизация составляющих их удлиненных молекул в спиральную структуру вокруг винтовой или оптической оси. Получающееся в результате периодическое изменение показателя преломления приводит к возникновению фотонной запрещенной зоны для видимых длин волн [3]. Это недавно привлекло существенный интерес в контексте лазерного излучения на краю фотонной зоны [2, 4], поскольку внедрение органического флуоресцентного красителя в качестве усиливающей среды в винтовую структуру или в оптический резонатор может привести к лазерному излучению на краях фотонной зоны. Такие системы обладают высокой эффективностью наклона, превышающей 60%, излучением в линии узкой ширины [5] и при наличии самоорганизованной мягкой периодической структуры избирательностью широкополосной длины волны и настройкой. Типичные длины волн лазерного излучения попадают в диапазон от 450 до 850 нм [6-10]. Настоящее изобретение эксплуатирует жидкоподобные свойства кирального жидкокристаллического лазера и описывает основанный на струйном осаждении подход для этих материалов. Такой подход обеспечивает возможность простого и произвольного позиционного управления лазерными источниками, несовместимого с обычными способами лазерной обработки и изготовления, для выполнения новых классов функциональных фотонных материалов и устройств.
Испускающая лазерное излучение жидкокристаллическая среда предлагает существенный потенциал не только для уменьшения стоимости изготовления, но также и для образования покрытий на поверхностях или устройствах, в настоящее время недоступных для обычных способов обработки, необходимых при производстве полупроводниковых лазеров. Точное и управляемое определение местоположения и размера отдельных лазерных покрытий значительно улучшило бы функциональность лазерных покрытий и устройств. Например, упорядоченные структуры лазерных массивов были бы особенно интересны для массивов биопроб, для оптофлюидных приложений и в новых информационных дисплеях.
В последние годы возрос интерес к использованию процессов непосредственной записи, таких как струйная печать, в качестве гибких способов изготовления электроники и биологических устройств [14]. Настоящее изобретение использует струйный процесс осаждения типа дозирование капли [15], который точно управляет размером определенной дозы и обеспечивает возможность образования пространственно ограниченных массивов покрытий из жидкокристаллического материала, например пространственно ограниченных лазерных источников. Посредством осаждения жидкокристаллического лазерного материала на текучий материал, например на влажный основанный на растворе полимер, может быть получено необходимое упорядочение внутри жидкокристаллического материала.
При наличии лазерного красителя в жидкокристаллическом материале после оптического возбуждения в максимуме поглощения лазерного красителя можно наблюдать одномодовое лазерное излучение с хорошо определенным порогом и узкой шириной линии при достижении необходимого упорядочения внутри жидкокристаллического материала. Настоящее изобретение показывает, что процесс струйного осаждения имеет лишь незначительное влияние на лазерный порог и характеристики излучения жидкокристаллической лазерной системы по сравнению с ячейками управления, выполненными обычными способами сборки стеклянной ячейки. Результаты демонстрируют возможность выполнения действительно двумерных лазерных массивов с управляемыми и произвольным размером, положением и длиной волны, предназначенных для использования в широком диапазоне приложений.
Хотя основной целью разработки настоящего изобретения было изготовление лазерных устройств, не обязательно, чтобы окончательное устройство представляло собой лазерное устройство. Рассмотрены и другие фотонные устройства. Могут быть получены другие оптические эффекты, возможность которых обеспечена упорядочением киральных нематических жидких кристаллов.
Собственная оптическая фотонная запрещенная зона кирального нематического жидкого кристалла, также известная как полоса избирательного отражения длин волн, может также быть использована сама по себе для выполнения оптических эффектов и фотонных устройств, например, без необходимости до- 11 027806 бавления лазерного красителя или даже с добавлением лазерного красителя, но без работы лазерного красителя выше порога.
Одно из основных свойств упорядоченных киральных нематических жидких кристаллов состоит в наличии хорошо определенной одномерной фотонной запрещенной зоны для распространения света параллельно винтовой оси. Для наблюдения эффекта фотонной запрещенной зоны собственный шаг кирального нематического жидкого кристалла (то есть расстояние, на котором происходит поворот на 360° локального нематического директора или предпочтительной ориентации) должен иметь тот же самый порядок, что диапазон рассматриваемых длин волн. Это оптическое свойство киральных нематических жидких кристаллов известно в литературе (см., например, НЭ. Со1ез Руководство по жидким кристаллам, т. 2А (глава 4) Киральные нематики: физические свойства и приложения, с. 335-411, редакторы И. Иешиз, I. ОообЬу, Ο.Υ. Огау, 11ΛΥ. 8р1езз, V. УШ, ^йеу (1998)).
На фиг. 8 в качестве примера показана полоса отражения. В этом случае 3,9% в весовом отношении киральной добавки ВЭН-1281 с высокой степенью закручивания было добавлено к жидкокристаллической основе ВБ006. С помощью капилляра этой смесью была заполнена испытательная ячейка, содержащая стеклянные подложки, отделенные друг от друга шариковыми распорками диаметром 9 мкм, причем поверхности были обработаны (притертый полиимид) для получения винтового упорядочения перпендикулярного к подложкам. Ячейка была затем помещена под микроскоп (марки О1ушриз ВХ 51), освещаемый белым светом, и характеристики пропущенного света были измерены спектрометром (марки Осеап Орйсз ϋ8Β2000).
Положение центральной длины волны Хс фотонной запрещенной зоны и ширина Δλ полосы отражения определены собственным шагом Р (шкала длины, на которой директор жидкого кристалла выполняет поворот на 360°) жидкого кристалла и двупреломлением Δη главного нематического жидкого кристалла и задаваемы следующими соотношениями:
где ηαν представляет собой среднее для показателей преломления, измеренных параллельно и перпендикулярно локальному нематическому директору. Посредством выбора значения шага (легко управляемого посредством концентрации киральной добавки) и/или значения двупреломления могут быть легко отрегулированы положение и ширина полосы отражения.
Одномерная фотонная запрещенная зона существует лишь при распространении света параллельно винтовой оси. Следовательно, для наблюдения фотонной запрещенной зоны для киральных нематических жидких кристаллов, где направление рассмотрения, по существу, перпендикулярно подложке, киральная ось должна быть также направлена, по существу, перпендикулярно к подложке. Описанные ниже предпочтительные примеры реализации настоящего изобретения способствуют такому упорядочению посредством процесса печатного осаждения. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения может быть полезно иметь определенные значения шага и/или двупреломления таким образом, чтобы определенные длины волн или диапазоны длин волны были предпочтительно отражены. Например, для реализации определенных эффектов может быть выгодно иметь различные участки, отражающие красный, зеленый или голубой участок спектра или участки за пределами видимого спектра. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения полоса отражения может быть преднамеренно предназначена для отражения известной части спектра, выполненного устройством, оборудованным источником света в виде светодиода (например, мобильным телефоном, камерафоном, смартфоном), где в противном случае материал обладает только низкой видимостью для невооруженного глаза. В принципе, любая область или часть оптического спектра могут быть избирательно отражены.
На практике может быть полезно добавлять поглощающие красители к основному жидкому кристаллу для дополнительного изменения характеристик поглощения. На фиг. 8 также показан образец, в котором 1% красителя РМ-597 было добавлено к основному киральному нематическому жидкому кристаллу. Измеренные оптические характеристики, по существу, представляют собой суперпозицию поглощения красителя и полосы отражения жидкого кристалла. Многие варианты выбора красителя очевидны для специалиста в данной области техники; в частности для приложений, связанных с аутентификацией и безопасностью, может быть выгодным, например, добавлять красители, поглощающие за пределами видимого спектра.
Описанные оптические эффекты в частности применимы при выполнении уникальных оптических подписей для противодействия подделкам, для аутентификации товарных марок и при печати и упаковке, связанных с общими вопросами безопасности.
В дополнение к описанному выше пассивному оптическому отражению могут быть получены другие практически полезные фотонные эффекты. Они включают предпороговое лазерное излучение или флуоресценцию, модифицированные, например, присутствием киральной нематической фотонной запрещенной зоны. Более подробная информация приведена ниже в вариантах 5 и 6.
Жидкокристаллический материал, используемый в следующих вариантах, был подготовлен посредством добавления 4,2 вес.% киральной добавки ВЭН1281 (компания Мегск КОаА) к акиральному нематическому жидкому кристаллу ВБ006 (компания Мегск КОаА) для образования киральной немати- 12 027806 ческой фазы (ВБ006 представляет собой выпускаемую промышленностью, используемую в широком температурном диапазоне нематическую жидкокристаллическую смесь, содержащую производные 4циано-4'-пентил-1,1'-бифенила и терфенила). Лазерный краситель Рутготе1Ьеие-597 (комплекс 1,3,5,7,8пентаметил-2,6-ди-т-бутилпиррометан-дифлуоборат, полученный от фирмы Ехсйои и используемый без дополнительной очистки) с высокой квантовой эффективностью, был добавлен к киральной нематической смеси при концентрации 1% в весовом отношении. Смеси были помещены в печь на 24 ч при температуре, на 10°С превышающей температуру перехода из нематического в изотропное состояние, чтобы гарантировать достаточную тепловую диффузию составных элементов. Для подтверждения положения длинноволнового края фотонной зоны, который определяет лазерную длину волны жидкокристаллического покрытия, смеси были поданы посредством капилляра в стеклянные ячейки толщиной 10 мкм, которые имели антипараллельно притертые слои упорядочения из полиимида.
Сопоставительный пример 1.
Начальные эксперименты были выполнены посредством осаждения лазерных жидкокристаллических составов на вычищенные плоские стеклянные подложки. Оптимизированная лазерная жидкокристаллическая смесь содержала нематический жидкий кристалл ВЬ006, киральную добавку с высокой степенью закручивания (ВОН-1281с весовой концентрацией 4,2%) и флуоресцентный краситель (ругтоте1Ьеие-597 с весовой концентрацией 1%). Смесь была разработана так, чтобы иметь длину волны излучения в максимуме усиления красителя (вблизи 585 нм) в жидкокристаллической среде. Вязкость жидкокристаллической смеси составляла примерно 110 МПа-с при 20°С, что значительно превышает предел впрыскивания в 20 МПа-с, указанный изготовителем печатающей головки (компания МтстоРаЪ). Однако развернутое реологическое измерение жидкокристаллической смеси показало, что при повышенной температуре происходит значительное уменьшение ее вязкости, что согласно типичному поведению Аррениуса. Хотя коммерческие струйные системы, как правило, используют печатные составы при комнатной или слегка повышенной температуре, было показано, что гораздо более высокая температура печатных составов подходит для печати функциональных материалов, таких как резисты с фазовым переходом [16]. Таким образом, печатающая головка была нагрета до температуры от 90 до 95°С, что близко к точке перехода лазерной жидкокристаллической смеси из изотропного в нематическое состояние, для обеспечения оптимальной вязкости при печати. После печати были получены однородные имеющие широкое основание прикрепления капли с типичным диаметром примерно в 200 мкм.
Покрытие, полученное после струйного осаждения на очищенную плоскую стеклянную подложку, было исследовано между скрещенными поляризаторами. Было обнаружено, что линии дисклинации, отображающие дефекты при ориентации директора, были широко распространены по капле. Неоднородность была также видна в покрытии, в этом случае, по существу, круглой капле, проявляемая в изменении цвета при переходе от центра к краям. Цвет капли, рассматриваемый под скрещенными поляризаторами, был красным в центре с изменением цвета на синий по направлению к краю капли при уменьшении толщины капли.
Для исследования характеристик излучения образцы были подвергнуты оптическому возбуждению второй гармоникой лазера на Νά:ΥΆΟ (532 нм, длительность импульса 3-4 нс), сфокусированной до пятна размером 110 мкм. Получаемый в результате профиль излучения, показанный на фиг. 1, демонстрирует сильный многомодовый лазерный выход, характеризуемый серией пиков с переменной шириной линии примерно между 560 и 620 нм (что соответствует кривой флуоресцентного излучения для красителя РМ-597). Большое количество лазерных мод свидетельствует о наличии множества областей внутри капли, содержащих участки с различными значениями винтового шага.
Предыдущая работа Мотк е1 а1. (2005) [13], использующая упорядоченные жидкокристаллические ячейки с притертой плоской поверхностью, показала, что многодоменные образцы со слегка различными значениями шага и с обычным размером домена, равным или меньшим размеру пятна накачки, приводят к многомодовому лазерному выходу.
С другой стороны, однодоменные образцы обладают высоким качеством и дают одномодовое лазерное излучение.
Плохие характеристики излучения, такие как показаны на фиг. 1, значительно ограничивают область применений лазеров, которые, как правило, требуют узкой ширины линий с центром на хорошо определенной длине волны излучения.
Пример 1.
Растворы поливинилового спирта (10 вес.%, средний молекулярный вес 10000 атомных единиц массы, гидролизированные на 85%) были залиты по каплям на чистые стеклянные пластинки с образованием влажных пленок из поливинилового спирта. Ленты из полиимида толщиной 50 мкм (каптон) были установлены на первой стеклянной пластинке как измерители глубины перед осаждением раствора поливинилового спирта при использовании второй стеклянной пластинки в качестве скребка. Обычная установка для печати, содержащая устройство печати компании МюгоГаЪ с одним носиком (диаметр носика 80 мкм), была использована для нанесения жидкокристаллических покрытий на влажную пленку из поливинилового спирта. Для уменьшения вязкости жидкокристаллической смеси от значения 110 МПа-с
- 13 027806 при комнатной температуре до предельного значения, допускающего выполнение струи и равного 20 МПа-с для устройства компании МтегоРаЪ, печатающую головку нагревают и поддерживают при температуре между 90 и 95°С, что лишь немного ниже температуры перехода из изотропного в нематическое состояние. Обычный пневматический/вакуумный контроллер был использован для поддержания положения мениска жидкокристаллической среды в носике, и биполярная форма волны была приложена для испускания жидкокристаллического материала на влажную пленку из поливинилового спирта.
В попытке скомбинировать нужные особенности, связанные со стимулированием упорядочения внутри жидкокристаллического материала, например упорядочения, необходимого для получения характеристик одномодового лазерного излучения, с точным пространственным расположением жидкокристаллического материала, авторы настоящего изобретения развили описанный выше альтернативный подход к осаждению, при котором жидкокристаллический материал представляет собой непосредственно напечатанную смесь на слое текучего материала, например на влажной пленке из полимерного раствора поливинилового спирта (10 вес.%) в деионизированной воде, как показано на фиг. 2 и 3.
На фиг. 2 схематически показана диаграмма, иллюстрирующая осаждение текучего материала 202, в этом случае описанного выше полимерного раствора поливинилового спирта на подложке 200, в этом случае на стеклянной пластинке. Подложка содержит измеритель 204 глубины, причем в этом примере лента из каптона выполнена в качестве измерителя глубины вдоль противоположных сторон стеклянной пластинки 200. Текучий материал 202, например описанный выше полимерный раствор поливинилового спирта, осаждают на подложке любым подходящим способом, например посредством описанной выше заливки по каплям. Планку или скребок-лопатку 206, например стеклянную пластинку, затем протаскивают по подложке в направлении, показанном стрелкой 210, чтобы оставить позади нее слой 208 текучего материала с постоянной толщиной. Толщина слоя текучего материала (влажной пленки) определена измерителем 204 глубины и в этом случае составляет примерно 50 мкм по всему слою текучего материала. Этот способ осаждения слоя текучего материала известен как способ использования скребка-лопатки.
На фиг. 3а схематически показана диаграмма, иллюстрирующая струйную печать жидкокристаллического материала на слое текучего материала, осажденном как показано на фиг. 2. Особенности, которые были описаны в связи с фиг. 2, не описаны снова, но присвоены аналогичные позиционные обозначения. На фиг. 3а показана печатающая головка 300, вырабатывающая определенные дозы, в этом примере капли жидкокристаллического материала и осаждающая жидкокристаллический материал на слой 208 текучего материала. Печатающей головкой управляют любым подходящим средством управления, например пьезоэлектрическими средствами управления, чтобы точно помещать покрытие из жидкокристаллического материала на текучий слой. В этом примере печатающая головка струйным образом печатает упорядоченный массив покрытий из жидкокристаллического материала. На фиг. 3Ъ-3е показано увеличенное поперечное сечение, проведенное через наконечник 302 печатающей головки 300, по мере того как покрытие из жидкокристаллического материала выработано и осаждено в качестве покрытия 304 из жидкокристаллического материала на слое текучего материала. На фиг. 3Ъ показан наконечник печатающей головки перед выработкой капли жидкокристаллического материала (в момент времени 0 мкс). На фиг. 3 с показан наконечник печатающей головки по прошествии 20 мкс после начала выработки капли жидкокристаллического материала. На фиг. 3й показан наконечник печатающей головки по прошествии 50 мкс после начала выработки капли жидкокристаллического материала. На фиг. 3е показано образование капли жидкокристаллического материала по прошествии 250 мкс после начала выработки капли жидкокристаллического материала; затем происходит осаждение этой капли на слой 208 текучего материала.
Ключевые стадии обычного события осаждения капли показаны на фиг. 4а-4Г. которые иллюстрируют изображения, снятые высокоскоростной камерой. На фиг. 4а показана примерно сферическая капля жидкокристаллического материала 400, приближающаяся к слою 402 текучего материала после выработки капли посредством струйной печати. На фиг. 4Ъ показана капля жидкокристаллического материала при воздействии на поверхность слоя 402 текучего материала по прошествии 0,2 мс после снятия изображения, показанного на фиг. 4а. После удара капли жидкокристаллического материала о поверхность очевидна последующая деформация поверхности слоя текучего материала и капли. Однако на фиг. 4с-4е (кадры сняты по прошествии 0,6, 100 и 500 мс соответственно после снятия изображения, показанного на фиг. 4а) совершенно понятно, что поверхностное натяжение и несмешиваемость влажного покрытия из раствора поливинилового спирта с жидкокристаллической каплей достаточны, чтобы предотвратить вхождение капли в массу полимерного раствора. Наконец, на фиг. 4Г (кадр снят через 2с) капля показана в положении равновесия на поверхности пленки с четким и симметрическим профилем.
Необходимое для возникновения лазерного излучения упорядочение жидкого кристалла при постоянной спиральной конфигурации по-видимому может быть достигнуто посредством комбинации взаимодействия полимера из поливинилового спирта с жидким кристаллом и механических сил, возникающих вследствие деформации жидкокристаллической капли. Взаимодействие полимера из поливинилового спирта как с нематическими, так и с киральными жидкими кристаллами было исследовано ранее в контексте устройств на жидких кристаллах с диспергированным полимером [17]. Было обнаружено, что поливиниловый спирт содействует параллельной конфигурации директора жидкого кристалла на грани- 14 027806 це раздела [18, 19]. После процесса воздействия, показанного на фиг.4Ь-4е и в результате бокового сдвига, возникающего в состоянии равновесия, как это показано на фиг. 4£, капля жидкого кристалла принимает сплюснутую форму с малой осью, перпендикулярной к пленке из поливинилового спирта. Граница между жидкокристаллическим материалом и жидкотекучим материалом на поверхности капли из жидкокристаллического материала, окруженного с образованием оболочки текучим материалом, показана пунктиром 404. Отношение длины Ь1 покрытия из жидкокристаллического материала (в этом примере покрытие было, по существу, круговой каплей, и, следовательно, длина Ь1 равна диаметру осажденной капли) на слое текучего материала по фиг. 4£ к диаметру Ό1 сферы с тем же самым объемом V, что у определенной дозы выработанного жидкокристаллического материала (в этом примере определенная доза жидкокристаллического материала была, по существу, сферической каплей диаметра Ό1) на фиг. 4а примерно равно 2:1 (в результате измерений Ό1 равно 80 мкм, Ь1 равно 160 мкм и Н1 равно 51 мкм). После высыхания слоя текучего материала и покрытия из жидкокристаллического материала отношение длины Ь2 к диаметру Ό1 составляло примерно 3:1 (по измерениям величина Ь2 равна 250 мкм и по оценке величина Н2 равна 10 мкм). Следует отметить, что капля не продолжает увлажнять поверхность, а форма и профиль капли остаются фиксированными после высыхания пленки. Комбинация закрепления в параллельном направлении и бокового перемещения приводит к упорядочению стоячей спирали, показанному на фиг. 5 и подтвержденному посредством поляризационной микроскопии.
На фиг. 5а схематически показан вид в поперечном сечении подложки 500, которая поддерживает слой 502 текучего материала толщиной Т1, на котором образовано, по существу, круговое покрытие 504 из жидкокристаллического материала. На фиг. 5Ь показана сплющенная форма покрытия из жидкокристаллического материала, образованного согласно способу настоящего изобретения. Покрытие из жидкокристаллического материала обладает высотой Н1 и максимальной длиной Ь1 (диаметром в этом случае). В этом примере жидкокристаллический материал представляет собой киральный жидкокристаллический материал, содержащий удлиненные молекулы 506. Несмешиваемость и поверхностное натяжение на границе раздела фаз между жидкокристаллическим материалом и жидкотекучим материалом вызывают спиральное упорядочение среди удлиненных молекул.
На фиг. 5Ь схематически показан вид сверху слоя 502 текучего материала, на котором образовано покрытие 504 из жидкокристаллического материала. Покрытие из жидкокристаллического материала, показанное на фиг. 5Ь, обладает эллиптической формой с максимальной длиной Ь1 и минимальной шириной У1.
Массив покрытий из жидкокристаллического материала согласно настоящему изобретению, образованный как описано выше в примере 1, был исследован между скрещенными поляризаторами. По сравнению с каплей, осажденной на необработанную поверхность, описанную выше в сопоставительном примере 1, покрытия из жидкокристаллического материала, образованные согласно настоящему изобретению, обладают большей однородностью, чем покрытие из жидкокристаллического материала на чистой стеклянной подложке, описанное в сопоставительном примере 1. Все покрытия из жидкокристаллического материала, осажденные согласно настоящему изобретению, были красными по цвету по всему покрытию при рассмотрении их между скрещенными поляризаторами. Это можно непосредственно связать с более однородным киральным нематическим шагом по покрытию по сравнению с результатом, описанным для сопоставительного примера 1. Было обнаружено, что текстура покрытий, образованных согласно настоящему изобретению, остается неизменной при повороте на 45° и рассмотрении между скрещенными поляризаторами, что указывает на вращательную симметрию жидкокристаллического профиля внутри самой капли. Кроме того, внутри капли отсутствует оптическое ослабление, то есть там нет никаких участков, на которых директор жидкого кристалла параллелен или перпендикулярен поляризатору или анализатору. В сочетании с киральностью материала, в котором директор локально однородного жидкого кристалла выполняет прецессию с образованием макроскопической спирали, эти наблюдения дают возможность предполагать, что вероятный профиль директора жидкого кристалла представляет собой профиль, при котором винтовая ось перпендикулярна подложке (текстура Гранджина или однородно стоячая спираль). Такая ориентация представляет собой предпосылку для одномодового режима лазерного излучения на краю фотонной зоны в киральных жидких кристаллах, перпендикулярных к подложке, где лазерное излучение идет вдоль винтовой оси [2].
После наблюдения за необходимым упорядочением кирального жидкого кристалла были исследованы характеристики излучения жидкокристаллических покрытий, излучающих лазерное излучение.
Для измерения порога возбуждения лазера и поляризации излучения от легированных пиррометаном образцов жидкокристаллической эмульсии пленки с покрытием были подвергнуты фотонакачке посредством второй гармоники (длина волны=532 нм) лазера на неодим-иттрий-алюминиевом гранате (Νά:ΥΑΟ) (Ро1ат18 II, компания №\ν ХУате КекеатсН), который имел длительность импульса в 3-4 нс и частоту повторения в 1 Гц. Входная энергия была модулирована встроенной системой ослабления и контролируема посредством использования пироэлектрической головки, присоединенной к калиброванному устройству измерения энергии. В обоих случаях чтобы гарантировать, что пучок накачки не взаимодействует с фотонной запрещенной зоной, линейная поляризация была преобразована в круговую поляризацию с противоположной киральностью спирали кирального нематического жидкого кристалла посредст- 15 027806 вом использования четвертьволновой пластинки. Пучок накачки был затем сфокусирован до размера пятна в 110 мкм в образце посредством использования двояковыпуклой линзы. Выходное излучение от жидкокристаллических образцов было собрано в направлении вперед от подложек (параллельно оси спирали) и сфокусировано на спектрометре (марки Осеап Орйск, разрешение 0,3 нм) с универсальной последовательной шиной НК2000 посредством использования комбинации линз, содержащей двухлинзовый окуляр и менисковую линзу. Для предотвращения измерения пучка накачки полосовые фильтры нижних частот были вставлены перед датчиком для удаления выходного излучения от лазера на Νά:ΥΆΟ.
Полученные после оптического возбуждения на длине волны 532 нм спектр излучения и характеристики входа-выхода показаны на фиг. 6 и 7. На фиг. 6 образец показывает очевидное одномодовое поведение с пиком излучения при 580 нм, что соответствует длинноволновому краю фотонной зоны и ширине линии меньше чем 1 нм. На фиг. 7 показана зависимость выходной энергии от энергии возбуждения, причем образец показывает порог генерации лазера примерно при энергии 300 нДж/импульс. Для обычных (не нанесенных посредством струи) образцов, заполнивших посредством капиллярного действия работающие на пропускание испытательные ячейки толщиной 10 мкм, подготовленные с антипараллельными слоями упорядочения, измерение порога дало значение 100 нДж/импульс. Основная причина увеличения порога, вероятно, состоит в неполном согласовании лазерного пространственного профиля с каплей, что означает существование некоторого падающего света, не состоящего в полезной связи с каплей. Оптимальная высота Н2 для покрытий из жидкокристаллического материала, произведенных согласно способу настоящего изобретения для лазерного излучения около максимума усиления, составляет, как описано выше, примерно 10 мкм [20]. Состояние поляризации жидкокристаллического лазера было экспериментально определено и обнаружено, что он имеет правую круговую поляризацию, что соответствует киральности спиральной структуры. Это дает дополнительные доказательства тому, что лазерный механизм возникает вследствие большой плотности состояний на краю фотонной запрещенной зоны [21]. Очевидно, что одномодовый характер выходного излучения лазера представляет собой прямое следствие существенного улучшения однородности капли, выработанной посредством этого способа струйного осаждения.
Пример 2.
Авторы настоящего изобретения полагают, что с практической точки зрения полезно и выгодно управлять вязкостью и другими свойствами, например поверхностным натяжением, материалов и печатных составов, разработанных для использования при печати. Это, в частности, верно для струйной печати, где обычное требование к вязкости для успешной печати или впрыскивания струей составляет примерно величину ниже 20 МПа-с, причем значение поверхностного натяжения в идеале примерно равно 20-70 мН/м (см. дискуссию по интернет-адресу: [Ьйр://№№№.т1Сго£аЬ.сот/1таде8/рй£8/пп1сго_)е1_ш£4>], доступ к которой открыт 16 мая 2013 г.).
Удобный способ обеспечения подходящих условий для струйной печати состоит в нагреве печатающей головки и/или резервуара таким образом, чтобы вязкость и поверхностное натяжение подлежащего печати материала были в подходящем диапазоне значений. Для многих материалов, включая жидкие кристаллы, вязкость сильно зависит от температуры; вязкость обычно имеет зависимость типа Аррениуса или экспоненциальную зависимость от температуры материала. Однако полезно иметь возможность струйного покрытия при температурах, как можно более близких к комнатной температуре, поскольку это уменьшает необходимость в сложных нагревательных элементах в печатающей головке и обеспечивает возможность использования обычного оборудования, что приводит к уменьшению стоимости и более широко доступному производственному оборудованию.
Для жидкокристаллических материалов один особенно подходящий способ уменьшения вязкости при заданной температуре или понижения температуры, при которой может иметь место успешная печать, состоит в уменьшении температуры перехода, при которой жидкокристаллический материал или мезофаза претерпевает фазовый переход к обычной изотропной жидкости. В этой области техники хорошо известно, что температура фазового перехода или точка просветления может быть управляема в широком диапазоне (например, от температуры значительно ниже 0°С до температуры выше 200°С) составом смеси и выбором отдельных компонентов жидкокристаллического материала.
В этом примере 23% киральная добавка К-5011 (компания Мегск) была растворена в жидком кристалле Е-100 (компания Мегск, Германия). Точка просветления смеси была вблизи 68°С. Смесь была напечатана струйным способом с использованием обычной установки печати, содержащей устройство печати с одним носиком компании МюгоГаЬ (диаметр носика 80 мкм), использованное для печати жидкокристаллических покрытий. Жидкокристаллический материал был осажден на влажную пленку из поливинилового спирта (10%-ный поливиниловый спирт в деионизированной воде; поливиниловый спирт имел средний атомный вес в 10000 атомных единиц массы и был гидролизирован на 85%). Влажная пленка была осаждена при использовании обычного устройства нанесения покрытия со стержневым аппликатором (компания КК РпЩ ЫД, Великобритания) с различными толщинами пленки 6, 24 и 100 мкм.
Упорядочение стоячей спирали было подтверждено посредством оптического наблюдения. Для
- 16 027806 уменьшения вязкости жидкокристаллической смеси до предельного значения 20 МПа-с, допускающего выполнение струи в устройстве компании МюгоРаЪ, печатающая головка была нагрета и поддерживалась при температуре примерно 77°С, что выше точки фазового перехода фазы, составляющей примерно 68°С. Обычный пневматический/вакуумный контроллер был использован для поддержания положения мениска жидкокристаллической среды в носике, и биполярная форма волны была приложена для испускания жидкокристаллического материала на влажную пленку из поливинилового спирта.
Таким образом, этот пример показывает, что возможно уменьшить температуру печати жидкокристаллического материала примерно на 20°С по сравнению с примером 1 посредством управления составом жидкокристаллических печатных составов.
Пример 3.
После выполнения операции осаждения кирального жидкого кристалла с практической точки зрения полезно иметь возможность образования поперечных связей в жидкокристаллическом материале. Это улучшает экологическую и механическую прочность устройства и/или обеспечивает возможность добавления дополнительных функциональных особенностей устройства.
Для обеспечения возможности введения поперечных связей в жидкокристаллический материал подходящее количество реактивного мезогена (материала, представляющего собой жидкий кристалл, но содержащего реактивные химические группы, например, группы акрилата как часть молекулы жидкого кристалла, обеспечивающие возможность соединения/введения поперечных связей) содержится в киральной жидкокристаллической смеси. В принципе концентрация реактивного мезогена может быть от величины немного больше 0 до 100% (100% представляет ситуацию, где все присутствующие молекулы жидкого кристалла содержат пригодные для поперечных связей группы).
В примере 3 3,2% киральная добавка К-5011 была растворена в жидком кристалле иСЬ-011-К1 (компания Όαί-Νίρροη 1пк Сотротайоп, Япония). Материал был успешно извержен в виде струи при температуре печатающей головки 115°С, чтобы быть осажденным на влажных пленках из поливинилового спирта толщиной между 24 и 50 мкм. Пленки из поливинилового спирта были выполнены так, как описано для примера 1. Осажденный материал был затем подвергнут отверждению посредством ультрафиолетового излучения (длина волны 365 нм, устройство Отшейте 81000, плотность мощности 10 мВт/см2) в течение 10 мин.
Упорядочение в виде стоячей спирали было подтверждено посредством оптического наблюдения тем же образом, что в примере 1.
Пример 4.
Экспериментальная работа была выполнена для оценки влияния промежутка времени между формированием пленки из влажного поливинилового спирта и последующим осаждением определенной дозы жидкокристаллического материала посредством струйной печати. Промежуток времени между формированием пленки из влажного поливинилового спирта и последующим осаждением определенной дозы жидкокристаллического материала посредством струйной печати назван продолжительность обработки.
Из этой работы вытекает, что, по-видимому, существует предпочтительный нижний предел продолжительности обработки, только по прошествии которого обнаруживают успешное (то есть в виде стоячей спирали) упорядочение жидкокристаллического материала.
Было обнаружено, что минимальное значение продолжительности обработки зависит от толщины влажной пленки, состава и условий обработки.
Для влажной пленки из поливинилового спирта толщиной 24 мкм (10%-ный поливиниловый спирт в Н2О) минимальная продолжительность обработки слегка меньше 250 с. По мере уменьшения начальной толщины влажной пленки происходит уменьшение минимального времени. Было замечено, что минимальная продолжительность обработки может быть дополнительно управляема (в сторону уменьшения) посредством активного высыхания подложки.
Для толстых или сравнительно разведенных слоев текучего материала обычно необходимо использовать или относительно длительную продолжительность обработки или предпринять активные меры (такие, как активное высыхание) для уменьшения продолжительности обработки.
Не желая быть ограничены только теорией, авторы настоящего изобретения полагают, что это явление может происходить вследствие необходимости стабилизации и достижения подходящей концентрации (посредством высыхания) слоя текучего материала, чтобы создать подходящие условия для содействия упорядочению жидкокристаллического материала.
Упорядочение капли до и после минимальной продолжительности обработки при конкретных толщине пленки, составе и условиях обработки может быть непосредственно обнаружено посредством поляризационной оптической микроскопии, как описано выше в связи с примером 1.
Сопоставительный пример 2.
В попытках дальнейшего улучшения однородности покрытия были также выполнены эксперименты, использующие осаждение на поверхностях, обработанных только притертыми и отожженными полиимидными слоями упорядочения, что способствует плоскому закреплению жидкого кристалла в обычных стеклянных ячейках. В этих экспериментах используемый жидкокристаллический материал совпа- 17 027806 дал с описанным выше, и этот материал был осажден при использовании условий обработки, аналогичных описанным выше. Вместо слоя текучего материала из примера 1 жидкокристаллический материал был осажден на подложку, содержащую агент плоского упорядочения (Мегск АМ 4276) с одноосным направлением протирки. В этом случае существенное увлажнение поверхности капли наблюдалось и немедленно после осаждения и как функция времени, что делало устройства непрактичными.
Пример 5.
Была составлена киральная нематическая легированная красителем жидкокристаллическая смесь, содержащая 4,15% в весовом отношении добавки ВЭН-1281, растворенной в кристалле нематического жидкого кристалла ВЬ006 (оба состава получены от компании Мегск ОтЪН, Германия), к которому в весовом отношении 1% был добавлен лазерный краситель РМ-597 (компания Ехсйоп, США). С помощью капилляра этой смесью была заполнена испытательная ячейка с двумя плоскопараллельными стеклянными поверхностями, каждая из которых покрыта притертыми слоями упорядочения из полиимида, отделенными распорочными бусинками размером 9 мкм, что содействует упорядочению стоячей спирали, или упорядочению Гранджина, для кирального нематического жидкого кристалла. Упорядочение было подтверждено посредством наблюдений в рамках поляризационной оптической микроскопии. Образец был затем оптически накачан лазером на Νά:ΥΑΟ на длине волны 532 нм (компания СгуЬак, ОтЪН; излучение было сфокусировано линзой с размером пятна примерно в 100 мкм) с энергией импульса примерно составляющей 270 нДж. Оптическое излучение было затем зарегистрировано спектрометром с волоконной связью марки Осеап ОрЕск И8В2000. Для сопоставления образец с 1% в весовом отношении красителя РМ- 597 в акиральной среде ВЬ006 (то есть при отсутствии киральной добавки) без фотонной запрещенной зоны был оптически накачан при тех же самых условиях, чтобы иллюстрировать флуоресценцию, наблюдаемую без эффекта изменения оптической запрещенной зоны. Результаты показаны на фиг. 9.
Как можно видеть на фиг. 9, присутствие фотонной запрещенной зоны изменяет флуоресценцию относительно акирального (нет фотонной запрещенной зоны) образца. Это включает, например, образование локальных максимумов интенсивности, накладываемых на флуоресценцию. Следует отметить, что устройство работает здесь в предпороговом режиме и таким образом может работать при низкой интенсивности оптической накачки. Это означает, что источник накачки может быть, например, светодиодом, таким как вспыхивающий светодиод, обычно используемый в камерафоне. Такая работа представляет собой цель описываемого ниже примера 6.
Используемый в этом примере жидкокристаллический материал подходит для струйной печати на слой текучего материала с целью формирования дискретных покрытий из жидкокристаллического материала, как описано в других вариантах выше.
Пример 6.
Смесь, содержащая 3,5% в весовом отношении ВИН-1305 (киральная добавка, полученная от компании Мегск ОтЪН), 1% лазерного красителя ИСМ (компания Ехсйоп, США) в основном нематическом жидком кристалле Е49 (компания Мегск, ОтЪН), была введена в испытательную ячейку (толщина слоя 10 мкм, слои с упорядочением посредством притертого полиимида). Образец был затем накачан непрерывно излучающим светодиодом (длина волны излучения составляет 450 нм; оптическая мощность 1 Вт; получен от компании Ьихеоп), и были измерены характеристики оптического излучения.
Интенсивность излучения как функция длины волны показана на фиг. 10, где приведен характерный профиль. С точки зрения спектрального местоположения и интенсивности характерный профиль излучения может быть легко управляем посредством изменения одного или больше параметров, например положения и ширины фотонной запрещенной зоны; спектра флуоресценции красители; длины волны накачки; и мощности источника возбуждения.
Те же самые оптические эффекты также наблюдаемы в образцах, где использовано осаждение посредством печати, после выполнения операции упорядочения стоячей спирали, перпендикулярной к подложке.
Заключение.
Можно ожидать, что массивы сложных и функциональных лазерных/фотонных устройств, выполненные струйной техникой согласно настоящему изобретению, будет иметь существенный потенциал во множестве технологических областей. Комбинация высокой степени позиционного управления, достигаемого посредством процесса струйного осаждения, и управления характеристиками лазерного излучения, непрерывно выбираемыми в диапазоне 450-850 нм с очень узкой шириной линии [8], обеспечивает возможность дополнительных сфер применения данной технологии. Массивы напечатанных струйным образом жидкокристаллических лазеров могут также быть объединены с основанными на массиве методами накачки [22] для выработки множества одновременно действующих лазеров с произвольными длинами волн внутри одной подложки. Особенно интересны, как описано выше, приложения, связанные с обеспечением безопасности, и приложения типа лаборатория на чипе, такие, например, как флуоресцентные основанные на признаке биопробы, в соответствии с которыми массивы независимо конфигурируемых лазеров могут быть напечатаны в лунки для пробы с целью одновременного оптического анализа.
- 18 027806
Авторы настоящего изобретения показали, что способ по настоящему изобретению может быть использован для выполнения восстанавливаемых многочисленных одномодовых лазерных устройств с низким порогом посредством использования точного струйного осаждения жидкокристаллического материала, например жидкокристаллической генерирующей среды для лазеров на слой текучего материала, например на влажную пленку из поливинилового спирта, удобную для обработки в растворе. Лазеры, напечатанные таким образом, сохраняют все характеристик излучения образцов, ограниченных внутри обычных стеклянных ячеек, которые были предварительно обработаны с притертыми слоями упорядочения из полиимида, но обладают простотой и преимуществами струйной печати. Комбинация взаимодействия на границе раздела, способствующая плоскому упорядочению директора жидкого кристалла, и сдвиговых сил, возникающих во время процесса осаждения, способствует тому, что упорядочение стоячей спирали, необходимое для возникновения лазерного излучения на краю фотонной зоны, происходит перпендикулярно подложке, например стеклянной подложке, на которой осажден текучий материал.
Хотя изобретение было описано в связи с описанными выше и взятыми в качестве примера вариантами реализации настоящего изобретения, многие эквивалентные модификации и изменения очевидны специалистам в данной области техники после раскрытия изобретения. В соответствии с этим полагают, что описанные выше и взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения иллюстративны и не ограничивающие. Различные изменения к описанным примерам реализации настоящего изобретения могут быть проведены без выхода за пределы существа и объема изобретения.
Все указанные выше ссылки тем самым включены в настоящую заявку посредством ссылки.

Claims (26)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ изготовления фотонного устройства, в котором:
    ί) подают заданную дозу жидкокристаллического материала объема V, причем объем V совпадает с объемом сферы диаметром Ό1; и ίί) осаждают указанную заданную дозу на поверхность слоя текучего материала с образованием жидкокристаллического покрытия, причем
    - 19 027806 текучий материал и жидкокристаллический материал, по существу, не способны к смешению, жидкокристаллическое покрытие принимает форму, деформированную относительно первоначальной формы указанного подаваемого жидкокристаллического материала вследствие взаимодействия со слоем текучего материала, жидкокристаллическое покрытие имеет максимальную длину Ь1, измеренную в направлении, параллельном поверхности слоя текучего материала перед осаждением, причем Ь1 больше, чем Ό1.
  2. 2. Способ по п.1, в котором указанную заданную дозу получают способом струйной печати.
  3. 3. Способ по п.1 или 2, в котором жидкокристаллическое покрытие имеет минимальную ширину ν1, измеренную в направлении, параллельном поверхности слоя текучего материала перед осаждением, причем отношение ν1 к Ό1 больше чем 0,1:1.
  4. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором осажденное покрытие имеет высоту Н1, измеренную в направлении, перпендикулярном поверхности слоя текучего слоя материала перед осаждением, причем Ь1 больше, чем Н1.
  5. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором отношение Ь1 к Ό1 не превышает 20:1.
  6. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором текучий материал представляет собой полимерный раствор.
  7. 7. Способ по любому из пп.1-6, включающий операцию отверждения для преобразования слоя текучего материала в опорный слой.
  8. 8. Способ по п.7, в котором операция отверждения для преобразования слоя текучего материала в опорный слой включает операцию сокращения слоя текучего материала в размерах.
  9. 9. Способ по п.7 или 8, в котором после отверждения для преобразования слоя текучего материала в опорный слой отношение длины Ь1 покрытия из жидкокристаллического материала к Ό1 не превышает 20:1.
  10. 10. Способ по любому из пп.1-9, в котором жидкокристаллический материал представляет собой киральный жидкокристаллический материал.
  11. 11. Способ по любому из пп.1-10, в котором текучий материал содержит компонент упорядочения, способствующий упорядочению в жидкокристаллическом материале.
  12. 12. Способ по любому из пп.1-11, в котором слой текучего материала обладает, по существу, постоянной толщиной по слою перед осаждением жидкокристаллического материала.
  13. 13. Способ по любому из пп.1-12, дополнительно включающий операцию нанесения слоя защитного материала поверх покрытия из жидкокристаллического материала.
  14. 14. Способ по любому из пп.1-13, в котором дополнительно повторяют операции ί) и ίί).
  15. 15. Способ по любому из пп.1-14, в котором множество заданных доз жидкокристаллического материала осаждают на одном участке на слой текучего материала.
  16. 16. Способ по любому из пп.1-15, в котором слой текучего материала образован на подложке посредством струйного осаждения непрерывной пленки, отдельных капель или групп соединенных капель текучего материала.
  17. 17. Способ по любому из пп.1-16, в котором жидкокристаллический материал является активной средой.
  18. 18. Способ по любому из пп.1-17, в котором жидкокристаллический материал содержит флуоресцентный краситель, флуоресцентный лазерный краситель, квантовую точку или другие добавки для сбора или усиления света.
  19. 19. Фотонное устройство, содержащее по меньшей мере одно покрытие из жидкокристаллического материала, образованное на подстилающем слое, поверхность которого окружает покрытие из жидкокристаллического материала, причем покрытие из жидкокристаллического материала имеет максимальную длину Ь2, измеренную в направлении, параллельном поверхности подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала, и максимальную высоту Н2, измеренную в направлении, перпендикулярном к поверхности подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала, так что Ь2 больше Н2, причем форма жидкокристаллического покрытия выполнена такой, что оно выступает над поверхностью подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала.
  20. 20. Фотонное устройство по п.19, содержащее множество указанных покрытий из жидкокристаллического материала.
  21. 21. Фотонное устройство по любому из пп.19 или 20, в котором форма жидкокристаллического покрытия выполнена такой, что оно выступает ниже поверхности подстилающего слоя, окружающей покрытие из жидкокристаллического материала.
  22. 22. Фотонное устройство по любому из пп.19-21, в котором значение отношения Ь2 к Н2 находится в диапазоне от 2:1 до 200:1.
  23. 23. Способ использования фотонного устройства по любому из пп.19-22, при котором фотонное устройство облучают источником электромагнитного излучения для вырабатывания соответствующего
    - 20 027806 отклика, обнаруживаемого датчиком или посредством наблюдения.
  24. 24. Способ по п.23, при котором фотонное устройство содержит лазерный краситель, при этом в качестве источника электромагнитного излучения используют источник, обеспечивающий оптическую накачку, достаточную для получения лазерного излучения в покрытии из жидкокристаллического материала.
  25. 25. Способ по п.23, при котором фотонное устройство содержит лазерный краситель или флуоресцентный краситель и устройство работает ниже порога генерации.
  26. 26. Способ по п.23, при котором фотонное устройство облучают для получения избирательного отражения облучающего электромагнитного излучения от фотонного устройства на основании фотонной запрещенной зоны фотонного устройства.
EA201492190A 2012-05-25 2013-05-24 Способ печати капель жидкого кристалла для лазерных резонаторов на жидком полимерном растворе и устройство, получаемое указанным способом EA027806B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1209235.9A GB201209235D0 (en) 2012-05-25 2012-05-25 Inkjet processing of liquid crystal materials
GBGB1214439.0A GB201214439D0 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Methods for manufacturing photonic devices
PCT/GB2013/051368 WO2013175225A1 (en) 2012-05-25 2013-05-24 Printing of liquid crystal droplet laser resonators on a wet polymer solution and product made therewith

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201492190A1 EA201492190A1 (ru) 2015-05-29
EA027806B1 true EA027806B1 (ru) 2017-09-29

Family

ID=48576446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201492190A EA027806B1 (ru) 2012-05-25 2013-05-24 Способ печати капель жидкого кристалла для лазерных резонаторов на жидком полимерном растворе и устройство, получаемое указанным способом

Country Status (14)

Country Link
US (2) US9482815B2 (ru)
EP (1) EP2855629A1 (ru)
JP (1) JP6198817B2 (ru)
KR (1) KR20150013896A (ru)
CN (1) CN104487545B (ru)
AU (1) AU2013265021B2 (ru)
BR (1) BR112014029141A2 (ru)
CA (1) CA2885502A1 (ru)
EA (1) EA027806B1 (ru)
IN (1) IN2014DN11015A (ru)
MX (1) MX2014014104A (ru)
MY (1) MY188599A (ru)
WO (1) WO2013175225A1 (ru)
ZA (1) ZA201409391B (ru)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0718706D0 (en) 2007-09-25 2007-11-07 Creative Physics Ltd Method and apparatus for reducing laser speckle
US9335604B2 (en) 2013-12-11 2016-05-10 Milan Momcilo Popovich Holographic waveguide display
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
US9274349B2 (en) 2011-04-07 2016-03-01 Digilens Inc. Laser despeckler based on angular diversity
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
WO2013027004A1 (en) 2011-08-24 2013-02-28 Milan Momcilo Popovich Wearable data display
US20150010265A1 (en) 2012-01-06 2015-01-08 Milan, Momcilo POPOVICH Contact image sensor using switchable bragg gratings
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
WO2015015138A1 (en) 2013-07-31 2015-02-05 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for contact image sensing
FR3025454B1 (fr) * 2014-09-04 2016-12-23 Markem-Imaje Holding Procede de gestion de la qualite de l'encre d'une imprimante a jet d'encre en fonction de la temperature.
WO2016042283A1 (en) 2014-09-19 2016-03-24 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
CN107873086B (zh) 2015-01-12 2020-03-20 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
CN108474945B (zh) 2015-10-05 2021-10-01 迪吉伦斯公司 波导显示器
CN108780224B (zh) 2016-03-24 2021-08-03 迪吉伦斯公司 用于提供偏振选择性全息波导装置的方法和设备
EP3548939A4 (en) 2016-12-02 2020-11-25 DigiLens Inc. UNIFORM OUTPUT LIGHTING WAVEGUIDE DEVICE
WO2018129398A1 (en) 2017-01-05 2018-07-12 Digilens, Inc. Wearable heads up displays
GB201711097D0 (en) 2017-07-10 2017-08-23 Univ Court Univ St Andrews Laser device
JP7404243B2 (ja) 2018-01-08 2023-12-25 ディジレンズ インコーポレイテッド 導波管セル内のホログラフィック格子の高スループット記録のためのシステムおよび方法
EP3710876A4 (en) * 2018-01-08 2022-02-09 DigiLens Inc. SYSTEMS AND PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OF WAVEGUIDE CELLS
CN108258576B (zh) * 2018-01-17 2020-06-12 合肥工业大学 基于类细胞结构的囊泡随机激光器制作方法
US11402801B2 (en) 2018-07-25 2022-08-02 Digilens Inc. Systems and methods for fabricating a multilayer optical structure
EP3924759A4 (en) 2019-02-15 2022-12-28 Digilens Inc. METHODS AND APPARATUS FOR MAKING A HOLOGRAPHIC WAVEGUIDE DISPLAY WITH INTEGRATED GRIDINGS
CN113728258A (zh) 2019-03-12 2021-11-30 迪吉伦斯公司 全息波导背光及相关制造方法
WO2020247930A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 Digilens Inc. Waveguides incorporating transmissive and reflective gratings and related methods of manufacturing
CN114341729A (zh) 2019-07-29 2022-04-12 迪吉伦斯公司 用于使像素化显示器的图像分辨率和视场倍增的方法和设备
JP7472487B2 (ja) * 2019-08-09 2024-04-23 ａｒｔｉｅｎｃｅ株式会社 樹脂微粒子、樹脂組成物およびコロイド結晶
EP4022370A4 (en) 2019-08-29 2023-08-30 Digilens Inc. VACUUM BRAGG GRATINGS AND METHODS OF MANUFACTURING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6181393B1 (en) * 1997-12-26 2001-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Liquid crystal display device and method of manufacturing the same
WO2005019916A1 (en) * 2003-08-23 2005-03-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of producing a colour display device and colour display device
WO2005019915A1 (en) * 2003-08-23 2005-03-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of producing an electronic device, electronic device and apparatus for implementing the method
US20110097557A1 (en) * 2009-10-26 2011-04-28 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Alignment layer for planar alignment of a polymerizable liquid crystalline or mesogenic material

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660058A (en) * 1985-09-11 1987-04-21 Pitney Bowes Inc. Viscosity switched ink jet
JPH08211370A (ja) * 1995-02-08 1996-08-20 Fujitsu Ltd 液晶表示装置
US5958119A (en) 1997-09-23 1999-09-28 Xerox Corporation Hot melt ink compositions
JP3406855B2 (ja) * 1997-12-26 2003-05-19 株式会社東芝 液晶表示装置及びその製造方法
JP3484061B2 (ja) * 1998-01-09 2004-01-06 株式会社東芝 液晶表示素子
BR0011888A (pt) * 1999-06-21 2004-03-09 Univ Cambridge Tech Processo para formar um dispositivo eletrônico, dispositivo eletrônico, circuito lógico, visor de matriz ativa, e, transistor de polímero
WO2001071864A1 (en) * 2000-03-20 2001-09-27 Chiral Photonics, Inc. Chiral laser utilizing a quarter wave plate
DE10156842A1 (de) * 2001-11-20 2003-05-28 Basf Ag Verstärkermedium für Festkörper-Farbstofflaser
GB0330075D0 (en) * 2003-12-27 2004-02-04 Koninkl Philips Electronics Nv Method for producing an electronic device and electronic device
GB0414888D0 (en) * 2004-07-02 2004-08-04 Univ Cambridge Tech Liquid crystal device
US20060134564A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-22 Eastman Kodak Company Reflective display based on liquid crystal materials
KR20070091313A (ko) * 2004-12-27 2007-09-10 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 액정 표시 장치의 제조 방법, 스페이서 입자 분산액 및액정 표시 장치
US7934828B2 (en) * 2005-05-03 2011-05-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Inkjet printing system and driving method thereof
JP5067776B2 (ja) * 2005-06-13 2012-11-07 独立行政法人産業技術総合研究所 レーザー発振用組成物とレーザー発振デバイス並びにその製造方法
EP1876216A1 (en) * 2006-06-27 2008-01-09 Sicpa Holding S.A. Cholesteric multi-layers
US20080062376A1 (en) * 2006-09-12 2008-03-13 United Microdisplay Optronics Corp. Method of fabricating a liquid crystal panel and alignment method
JP4337893B2 (ja) * 2007-03-12 2009-09-30 エプソンイメージングデバイス株式会社 液晶装置及び電子機器
JP2010520945A (ja) * 2007-03-13 2010-06-17 テヒニッシェ ウニヴェルシテート アイントホーフェン インクジェット可能な重合性液晶混合物
MY169769A (en) 2008-04-02 2019-05-15 Sicpa Holding Sa Identification and authentication using liquid crystal material markings
JP4858499B2 (ja) * 2008-07-01 2012-01-18 ソニー株式会社 レーザ光源装置及びこれを用いたレーザ照射装置
PE20100769A1 (es) * 2009-04-02 2010-11-25 Sicpa Holding Sa Identificacion y autenticacion usando marcados de material de cristal liquido polimerico
EP2320268A1 (en) 2009-10-26 2011-05-11 Merck Patent GmbH Alignment layer for planar alignment of a polymerizable liquid crystalline or mesogenic material
KR20110048960A (ko) * 2009-11-04 2011-05-12 삼성전자주식회사 액정층 형성 방법, 이를 이용한 액정표시패널의 제조 방법 및 이에 사용되는 액정
CA2782018A1 (en) 2009-12-08 2011-06-16 Sicpa Holding Sa Marking based on chiral liquid crystal polymers
KR20120104568A (ko) * 2009-12-08 2012-09-21 시크파 홀딩 에스.에이. 키랄 액정 고분자를 기반으로 하는 개질된 마킹
CN102712201B (zh) 2009-12-08 2015-02-25 锡克拜控股有限公司 手性液晶聚合物标记
JP5685824B2 (ja) 2010-03-23 2015-03-18 セイコーエプソン株式会社 インクジェット用光硬化型インク組成物、ならびにインクジェット記録方法および記録物
RU2560403C2 (ru) * 2010-04-09 2015-08-20 ЭфПиИННОВЕЙШНЗ Неорганические мезопористые материалы с хиральными нематическими структурами и способ их приготовления
SI23567B (sl) * 2010-11-10 2019-07-31 Institut "JoĹľef Stefan" Kroglasti tekočekristalni laser
US8815000B1 (en) 2013-02-14 2014-08-26 Xerox Corporation Solid inks comprising liquid crystalline materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6181393B1 (en) * 1997-12-26 2001-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Liquid crystal display device and method of manufacturing the same
WO2005019916A1 (en) * 2003-08-23 2005-03-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of producing a colour display device and colour display device
WO2005019915A1 (en) * 2003-08-23 2005-03-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of producing an electronic device, electronic device and apparatus for implementing the method
US20110097557A1 (en) * 2009-10-26 2011-04-28 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Alignment layer for planar alignment of a polymerizable liquid crystalline or mesogenic material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SEKI TAKAHIRO, ET AL.: "Photochemical Alignment Regulation of a Nematic Liquid Crystal by Langmuir-Blodgett Layers of Azobenzene Polymers as "Command Surfaces"", MACROMOLECULES, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, US, vol. 22, 1 January 1989 (1989-01-01), US, pages 3506 - 3508, XP002711553, ISSN: 0024-9297, DOI: 10.1021/ma00198a056 *

Also Published As

Publication number Publication date
EA201492190A1 (ru) 2015-05-29
US9720173B2 (en) 2017-08-01
JP2015523715A (ja) 2015-08-13
MY188599A (en) 2021-12-22
KR20150013896A (ko) 2015-02-05
MX2014014104A (es) 2015-05-07
ZA201409391B (en) 2017-06-28
AU2013265021A1 (en) 2015-01-22
WO2013175225A1 (en) 2013-11-28
JP6198817B2 (ja) 2017-09-20
US9482815B2 (en) 2016-11-01
EP2855629A1 (en) 2015-04-08
CA2885502A1 (en) 2013-11-28
CN104487545A (zh) 2015-04-01
AU2013265021B2 (en) 2016-10-06
IN2014DN11015A (ru) 2015-09-25
US20150138497A1 (en) 2015-05-21
BR112014029141A2 (pt) 2017-06-27
US20170059775A1 (en) 2017-03-02
CN104487545B (zh) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA027806B1 (ru) Способ печати капель жидкого кристалла для лазерных резонаторов на жидком полимерном растворе и устройство, получаемое указанным способом
Kamal et al. Spatially patterned polymer dispersed liquid crystals for image‐integrated smart windows
JP3164321B2 (ja) 液晶素子および表示装置、それらを用いた表示方法
De Sio et al. Composite Holographic Gratings Containing Light‐Responsive Liquid Crystals for Visible Bichromatic Switching
Gardiner et al. Printed photonic arrays from self-organized chiral nematic liquid crystals
Lee et al. Controlled encapsulation of cholesteric liquid crystals using emulsion templates
Ritacco et al. Tuning cholesteric selective reflection in situ upon two‐photon polymerization enables structural multicolor 4D microfabrication
Solodar et al. Ultrafast laser induced nanostructured ITO for liquid crystal alignment and higher transparency electrodes
De Sio et al. Photo-sensitive liquid crystals for optically controlled diffraction gratings
WO2014126982A2 (en) Liquid crystal alignment layers and methods of fabrication
Lin et al. Wide-band spatially tunable photonic bandgap in visible spectral range and laser based on a polymer stabilized blue phase
CN107300789A (zh) 一种兼具回音壁模式与分布反馈发射的液晶可调谐激光器及其制备方法
Ozaki et al. Photonic crystals based on chiral liquid crystal
Lukishova et al. Dye-doped cholesteric-liquid-crystal room-temperature single-photon source
Nevskaya et al. Liquid-crystal-based microlasers
EP3446376A1 (en) Random lasing photo-curable composition for use as random lasing gain medium
EP1672753B1 (en) Laser oscillation device
Kamal et al. On-demand pitch tuning of printed chiral nematic liquid crystal droplets
Ali et al. Developing flexible liquid crystal defect mode lasers
Yao et al. Collapse and self-reconstruction of mesoscopic architectures of supramolecular J aggregates in solution: From strings to tubular rods
EP3887899B1 (en) Methods of manufacturing polymer dispersed liquid crystal films
WO2011012890A1 (en) Liquid crystal device comprising a polymer template with periodic voids and manufacturing method therefor
Alaverdyan et al. Luminescence spectrum thermal properties of Rhodamine 6G doped polymethyl metacrylate film sandwiched between cholesteric liquid crystal layers
Porov et al. Lasing characteristics of dye-doped cholesteric liquid crystal
Chauhan Random lasing with resonant feedback in freestanding blue-phase microspheres

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KZ KG TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ RU