一种掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件及显示装置的制作方法

1.本发明属于光学全息领域，更具体地，涉及一种掺杂有机小分子供体材料液晶薄膜器件及其光学动态全息显示装置。


背景技术：

2.全息显示技术利用复振幅干涉与衍射的方式来记录与重构物体的原始光场，因此能够呈现出最真实的3d效果，被认为是非常有前景的真三维显示技术。其中，静态全息被广泛的应用于存储、防伪与光信息处理等众多领域，而动态全息的实现与应用还处于研究阶段。
3.用于实现动态全息的技术大体上主要分两类，第一类为计算全息技术，通过将计算生成的全息图加载到空间光调制器或是数字微反射镜等电光器件上来调制光源的振幅与相位，实现全息成像。由于上述器件的调制功能是通过单元像素来完成，而目前市面上生产的这些电光调制器件的单个像素尺寸远大于波长量级，导致以这种方式实现的全息显示存在分辨率低和视场角狭窄的问题；从软件算法的角度而言，利用gs 迭代算法生成的全息图所需要的时间会因为显示帧率与分辨率的提高而大幅增加，对计算资源的要求也会大幅上涨，使得实际应用的显示效果较差，这也是计算全息技术较难实现突破的原因。另一类是光学全息技术，以动态全息材料为主体，例如光折变聚合物、光致变色聚合物与掺杂液晶。该技术利用物光与参考光直接在动态全息材料上干涉，生成全息光栅。因为不用完全依赖电光调制器件，光学全息技术可以在很大程度上减小或是避免像素尺寸带来的问题。此外，在该技术不需要计算生成全息图，这使得显示帧率的限制从软件算法与计算资源转变为对动态全息材料响应速度的性能要求。除了响应速度之外，材料本身的特性还会影响衍射效率与光折变灵敏度等其它性能。
4.目前，主要使用的动态全息材料分为：光折变聚合物、光致变色聚合物掺杂液晶。根据国内外的研究报道，前两者材料作为主体器件的响应时间都较长，无法快速记录与刷新全息光栅，较难实现快速的图像记录与重写，因此用于实现光学动态全息的主体器件材料还有待开发。
5.有机小分子材料不同于聚合物材料,具有结构确定且易于调整等优势，在此基础上其光电性能优秀，在半导体光伏应用里具有极大的潜力。将其掺入液晶，能大幅改善掺杂液晶薄膜的光折变灵敏度，提升整体器件在动态全息现实中的衍射效率，加快响应速度。因此，本领域技术人员有动机研发一种掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件及显示装置。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本技术提供了一种掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件，包括主体液晶以及掺杂物，所述掺杂物被掺杂在所述主体液晶材料中，其特征在于，所述掺杂物的材料为有机小分子供体材料b1。
7.进一步地，所述掺杂物的掺杂重量比例为0.02％
‑
2％。
8.进一步地，所述主体液晶的材料为向列相液晶、近晶相液晶或胆甾相液晶中的一种。
9.进一步地，包括氧化铟锡层以及液晶配向层，所述液晶配向层设置于所述主体液晶外层，所述氧化铟锡层设置于所述液晶配向层外层。
10.进一步地，所述液晶配向层的液晶配向为平行方向、反平行方向或垂直方向。
11.进一步地，所述液晶薄膜器件的厚度为10微米～50微米。
12.进一步地，包括如权利要求6所述的掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件，还包括两个激光器，其中，第一激光器发出的激光作为记录光束，第二激光器发出的激光作为读取光束。
13.进一步地，其特征在于，包括分光棱镜，所述分光棱镜将所述记录光束分为物光束和参考光束。
14.进一步地，其特征在于，所述物光束、所述参考光束以及所述读取光束均入射至所述掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件上。
15.进一步地，其特征在于，所述物光束与所述参考光束在所述掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件上干涉形成全息光栅，所述读取光束实时地读取所述全息光栅记录的图像信息。
16.与现有技术相比，本技术的技术方案至少具备以下优势：
17.1、不需要依赖计算生成全息图，解决了复杂的迭代生成算法对显示帧率的限制。
18.2、将显示媒介从空间光调制器转变为掺杂液晶薄膜，减小了硬件像素尺寸问题带来的分辨率低与视场角小的影响。
19.3、采用了掺杂有机小分子供体材料液晶作为光折变材料实现液晶薄膜器件，该类材料光电性能优异，因此制成的薄膜器件具有很高的光折变灵敏度与快的响应速度，使得光学动态全息显示的帧率能够得到大幅提高。
20.以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果。
附图说明
21.图1是本技术一个实施例的结构示意图；
22.图2是本技术一个实施例的显示装置的结构示意图；图3是本技术一个实施例的包含苯基取代的苯并二曝吩（bdt）中心单元有机小分子供体材料分子结构图。
具体实施方式
23.以下参考说明书附图介绍本技术的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行一个详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本
发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
25.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
26.本实施例提供了一种掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜器件，具体结构如图1 所示，包括两层氧化铟锡层151、两层液晶配向层152以及主体液晶153。液晶配向层 152设置于主体液晶153外层，氧化铟锡层151设置于液晶配向层152外层。主体液晶153中掺杂有光电性能好且响应速度快的有机小分子供体材料作为掺杂物154。掺杂物154的掺杂重量比例为0.02％
‑
2％；主体液晶153的材料可选为向列相液晶、近晶相液晶或胆甾相液晶中的一种；液晶配向层152的液晶配向可选为平行方向、反平行方向或垂直方向；最终整个液晶薄膜器件的厚度为10微米～50微米。在本实施例中优选地，掺杂有机小分子供体材料为b1，该材料包含苯基取代的苯并二噻吩(bdt)中心单元，其分子结构图见附图3。掺杂浓度为0.05wt.％。主体液晶153选用向列相液晶5cb，液晶薄膜厚度为20μm，液晶配向层152的液晶配向为反平行方向。在其他类似的实施例中，掺杂有机小分子供体材料也可以包括bdt苯并二噻吩，dtf二硫富瓦烯，tpa三苯胺、bsftr,zr1,btec
‑
2f等有机小分子供体材料。
27.包括本实施例的一种基于掺杂有机小分子供体材料液晶薄膜的光学动态全息显示装置的大致结构如图2所示，包括两个不同波长的激光器1和2、两个半波片3和4、三个偏振片5、6和7、分光棱镜8、扩束镜9、反射式液晶空间光调制器10、三个反射镜11、12和13、透镜14、掺杂液晶薄膜15、计算机16与直流稳压电源17。两个激光器1和2固定在平台上，其中激光器1作为记录光源，激光器2作为读取光源；半波片3和偏振片5置于激光器1之后，半波片4和偏振片6置于激光器2之后；分光棱镜8置于偏振片5之后，将光束分为物光束与参考光束；反射镜11置于分光棱镜 8之后，扩束镜9置于反射镜11之后，反射式空间光调制器10置于扩束镜9与反射镜12之间，透镜14和偏振片7置于反射镜12之后；反射镜13置于激光器2之后；反射式空间光调制器10与计算机16相连接；掺杂液晶薄膜15通过导线与直流稳压电源17相连。
28.本实施例中，激光器1采用的是波长为457nm的蓝光激光器，激光器2采用的是波长为532nm的绿光激光器。
29.本实施例中，反射式液晶空间光调制器10是采用holoeye公司生产的pluto 振幅型反射式液晶空间光调制器。
30.对于基于掺杂有机小分子供体材料的液晶薄膜的光学动态全息显示装置的使用方法，具体操作步骤是：
31.搭建实验系统，从激光器1和2射出的激光束经过半波片3和4后转为水平偏振光，偏振片5和6设为水平偏振角用于滤除杂散光；作为记录光源的激光束经过分光棱镜8分为物光束与参考光束，物光束通过反射镜11进入扩束镜9后，入射到反射式液晶空间光调制器10上，物光束经过调制后反射至反射镜12，然后由反射镜12调整光束至透镜14，使光束聚焦在液晶薄膜15上，振幅型空间光调制器需要通过偏振片7 对调制后的光进行滤波，以实现
最终成像；参考光束直接入射到掺杂液晶薄膜15上，并与物光束重合发生干涉，产生全息光栅；用直流稳压电源17在掺杂液晶薄膜15上加载适当的直流电压，以辅助驱动液晶偏转生成折射率调制的全息光栅；调整光路与器件位置，使物光束与参考光束的入射方向与液晶薄膜法线之间具有一定的倾斜角度，约在45
°
左右，以满足光折变效应，确保成像的效率与响应速度。
32.用计算机16在反射式空间光调制器10上加载所需显示的视频图像，物光束经过调制携带每一帧的视频图像信息后与参考光束发生干涉，利用掺杂材料的光折变效应在液晶薄膜内重复刷新记录图像，生成动态全息光栅。掺杂有机小分子供体材料液晶薄膜的响应时间最快能达到5ms，即全息光栅的刷新速度能够满足60hz及以上的视频图像的记录。在视频图像信息被记录的同时，利用从激光器2射出的激光束对形成的动态全息光栅进行读取，在掺杂液晶薄膜15的背面能够获得动态的全息图像。
33.动态全息显示的帧率取决于空间光调制器与掺杂有机小分子供体材料液晶薄膜器件的响应速度。在本实施例中，所使用的反射式空间光调制器所能支持的最大刷新率为60hz，而掺杂有机小分子供体材料b1的液晶薄膜器件的响应速度能够满足显示帧率在60hz以上。因此本发明中能够实现高帧率动态全息显示，在不考虑空间光调制器的限制的条件下，显示帧率可以达到60hz及以上。
34.以上详细描述了本技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。