[发明专利]液晶液滴激光共振器对湿的聚合物溶液的印刷方法及用该方法制成的产品

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造光子设备的方法及通过这种方法制造的光子设备。本发明具有制造液晶激光设备的特别的但不排他的应用。

背景技术

液晶(LC)材料是一类功能性光子材料。LC材料包含具有沿光轴自组织的趋势的分子。LC材料中的分子对齐的方式指示LC材料的光学性质。例如，手性液晶具有自组织为围绕光轴的螺旋状布置的趋势。由于材料的双折射，此螺旋状布置导致沿着光轴的折射率的周期性变化。对于适当的周期性，这产生用于圆偏振光的可见光波长的光子带隙。

手性LC材料的光学性质使其适合用于在从双稳态显示器到激光器的范围中的应用。将作为光采集机(light harvester)或光增益介质的有机激光染料包括到光学共振腔中可以导致在光子带隙处的激光发射。基于这些材料建造的激光设备的特点是非常低成本的制造、小尺寸及目前在范围400nm到850nm中的可选择的发射波长(见参考文献[4]和[2])。

手性LC材料的应用包括常规的平板显示器(向列相LCD)、可变的延迟器及SLM。

US2011/0097557公开例如用于纸币的安全特征的制造，其中将可聚合的LC材料印刷到固体PVA层上。PVA层未被摩擦但被发现促进用于某些LC材料的对齐。

在大部分的现代激光系统中使用的常规半导体激光器为固态设备，所述固态设备通常使用包括在高品质单晶半导体晶圆上沉积、蚀刻及光刻步骤的组合的复杂工艺制造。例如，这样的常规激光器不可以使用相对低成本的印刷技术比如棒式涂覆(bar coating)或喷墨印刷制造。在参考文献[11]和[12]中先前已经示出的是，可印刷的基于乳液的LC激光系统可以被沉积在很多种基底上，包括例如玻璃、塑料、金属或纸。这些文件描述使用乳化的样品及简单的棒式涂覆工艺将LC激光作用介质沉积到适当的基底上。在这些公开内容中，液晶和激光染料成分在PVA的连续相内乳化，然后此乳化被应用于基底。随后干燥连续相并且与连续相界面相互作用导致有利的应力被应用于LC液滴，这辅助形成LC分子的适当的对齐。

发明内容

本发明人已经发现虽然通过参考文献[11]和[12]描述的方法提供简单的制造工艺，方法具有某些缺点。各个LC液滴在尺寸方面是多分散的，通常具有在数十微米到数百微米的范围中的直径。这对激光发射的品质具有影响。此外，液滴被局部随机地分布在连续相中。因此，在参考文献[11]和[12]中使用的方法不允许准确定位各个液滴，伴随着从设备发射光的空间位置不能被准确地控制的结果。

因此，本发明人尝试通过沉积LC激光作用介质的图案来克服上述缺陷。本发明人发现，例如通过喷墨印刷的确可以产生LC激光作用介质沉积物的需要的图案。然而，本发明人已经发现将LC激光作用介质直接沉积到干净、干燥的表面不能产生LC分子的适当的对齐度(例如，使用手性LC材料的多种设备的适当的对齐是其中手性LC螺旋轴与基底垂直地对齐的那种)。

控制LC材料内的对齐被认为对允许获得用于特定的应用的LC材料的期望的光学性质是重要的。例如，为了显示器起作用，包括向列相LC的平板显示器设备需要LC指向矢的均一方向即LC材料的对齐。例如，在用作激光作用介质的沉积的LC材料内缺少均一对齐可以导致多个模式的激光发射，或甚至没有激光发射，这通常是不合意的。

已经设计本发明以便解决至少一个上述问题。优选地，本发明减少、改良、避免或克服至少一个上述问题。

在本发明的一般方面中，本发明人已经发现将液晶(LC)材料沉积到与LC材料大体上不混溶的可流动性材料层上是有利的。此外，本发明人已经发现，当在冲击LC材料后，可流动性材料层使LC材料成形，具有促进LC材料中的分子对齐的结果时，可以获得另外的优点。

在第一优选的方面中，本发明提供通过在表面上的一个或更多个离散的区域中沉积液晶(LC)材料来生产诸如激光器的光子设备、或光学特征的方法。

在第二优选的方面中，本发明提供制造光子设备的方法，该方法包括以下的步骤：

(i)提供体积V的液晶(LC)材料的等分部分(aliquot)，体积V是与直径D1的球体的体积相同的体积；以及

(ii)将等分部分沉积到可流动性材料层的表面上以形成液晶沉积物，可流动性材料和LC材料是大体上不混溶的，其中液晶沉积物由于与可流动性材料层相互作用而采用相对于等分部分的形状的变形的形状，液晶沉积物具有最大长度L1，所述最大长度L1在沉积之前在平行于可流动性材料层的表面的方向上测量，其中L1大于D1。