[發明專利]一種顏色可調諧的液晶彩色濾光片

有效

• 申請號: 201810908496.0
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108983457B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 劉言軍;肖棟;石玥;羅丹;李貴新;孫小衛
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: G02F1/13
• 分類號: G02F1/13;G02F1/1335
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供一種顏色可調諧的液晶彩色濾光片，所述彩色濾光片包括依次設置的第一導電玻璃、第一光配向層、液晶層、第二光配向層、二維超材料層以及第二導電玻璃。所述彩色濾光片通過優化二維超材料結構單元在相垂直的兩個方向的尺寸，可以使偏振光在相垂直的兩個方向上產生不同波長的等離激元共振。結合扭曲向列相液晶可以對線性偏振光的偏振方向進行調控的特性，通過外加電場調控，使入射到二維超材料上的光的偏振方向發生改變，調節在兩個方向不同波長的等離激元共振強度，從而實現顏色可調諧。

技術領域

本發明屬于彩色濾光片領域，涉及一種顏色可調諧的液晶彩色濾光片。

背景技術

21世紀以來，超材料作為一類新型材料吸引了人們廣泛的研究興趣。超材料指的是一些具有人工設計的結構，并呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料。超材料是由亞波長結構單元組成，具有自然界材料所沒有的新穎電磁特性的人工結構材料，其在光的偏振、相位和振幅控制方面具有許多傳統光學材料和器件無法比擬的獨特優勢，在新型光學元件的開發方面具有巨大潛力。利用超材料對光的超常控制能力可以實現一些新的元件，如寬帶圓偏振器、新型完美吸收器、具有無相差成像能力的平面透鏡等。同時，通過改變超材料結構單元的尺寸，可以使其工作在不同的波段，實現超材料彩色濾光片。此外，通過外部條件(例如周圍介質折射率、入射光偏振態等)的改變可以改變超材料的電磁學性質，從而制成可調諧超材料，為調制器等各種光子器件的開發提供了可能，對于超材料的應用有著重要的意義。

另一方面，液晶是一種兼具液體的流動性和晶體的各向異性、短程無序而長程有序的特殊物質。液晶材料具有各向異性的分子結構，當整體取向一致時，就可將其視為一個具有雙折射率的單軸晶體，表現出介電和光學的各向異性。此外，由于液晶材料具有流動性，磁場、電場等外場可對液晶分子的排列進行調控。對于特定的入射偏振光，經過不同排列方式、不同厚度的液晶體系，其相位延遲量不同。因此，可通過一定的材料體系、取向技術、外場作用等方面來控制液晶分子的排列，進而有效調控出射光的波前，為光場調控提供了一個靈活方便的途徑。例如，將向列相液晶注入在平面內(x-y平面)分別垂直取向的兩個玻璃基板，可以得到扭曲向列相液晶，從一個玻璃基板到另一個玻璃基板液晶分子的長軸從0度逐漸旋轉至90度，從而實現對線性偏振光偏振方向的90度旋轉。而施加在兩個導電玻璃基板的外加電場(z方向)可以使正性液晶分子在外加電場下傾向于平行于電場方向排列。隨著外加電場的增強，可以使在x-y平面內90度旋轉的液晶分子結構被破壞，使其逐漸沿著z軸排列而失去x-y平面內的各向異性。因此其出射光的偏振方向可以從90度逐漸變成0度，實現對偏振光偏振方向的調控。

在液晶的實際應用當中，液晶表面取向至關重要。在上述的扭曲向列相液晶中，兩個玻璃基板表面需要在x-y平面內被均勻取向，并且取向角度相差90度。液晶的表面取向，大部分采取傳統的摩擦取向技術，但是接觸摩擦會產生機械損害和靜電荷，不利于高分辨率液晶顯示的良品率。而在近二三十年內蓬勃發展的光控取向技術，通過光敏感材料的光交聯、光降解以及光致異構等不同原理,其分子的定向排列產生表面各向異性,使得臨近的液晶分子發生取向排列光取向技術避免了機械接觸，可以避免上述機械損害和靜電荷的產生，被視為替代摩擦技術的最佳候選名單。其中，基于偶氮材料在線偏振紫外光或者藍光的照射下，偶氮染料會發生一種可逆的分子順式-反式變化，可以進一步避免如光降解等技術所產生的副產物，被廣泛應用于各種液晶器件中。于2000年初被開發的酸性硫酸基偶氮染料SD1、亮黃等材料，在液晶定向的應用上具有著明顯的優勢：有很好的熱穩定性和敏感度，高電壓保持率和有可與摩擦取向層相媲美的強錨定能和低預傾角，其并使得微米量級甚至納米量級的多疇取向成為現實，可用于各種復雜的基底、曲面以及柔性基底等，具有廣闊的應用前景。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種顏色可調諧的液晶彩色濾光片，所述彩色濾光片通過優化二維超材料結構單元在相垂直的兩個方向的尺寸，可以使偏振光在相垂直的兩個方向上產生不同波長的等離激元共振。結合扭曲向列相液晶可以對線性偏振光的偏振方向進行調控的特性，通過外加電場調控，使入射到二維超材料上的光的偏振方向發生改變，調節在兩個方向不同波長的等離激元共振強度，從而實現顏色可調諧。