一种圆偏振白光器件及其制备方法和应用

本发明涉及白光发光，特别是涉及一种圆偏振白光器件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光矢量末端描绘出螺旋前进的圆运动轨迹的光称为圆偏振光(cpl)。cpl由传播方向相同、振动方向相互垂直、频率相同且相位差恒定为π/2的奇数倍的两束光组成。从迎着光的方向观察，如果合成矢量末端顺时针旋转，定义为右旋圆偏振光(r-cpl)，如果是逆时针旋转，定义为左旋圆偏振光(l-cpl)。发光不对称因子(glum)是用来评估cpl纯度的关键参数：

2、glum＝2(il-ir)/(il+ir)

3、其中il和ir分别代表左旋和右旋cpl强度。大的glum值意味着圆偏振发光纯度较高，最高值为±2。一般来说，获得cpl的传统方法是使非偏振光通过线性偏振片转变为线偏振光，再经过四分之一波片获得圆偏振光。该方法的缺点是光损失和复杂的设备结构。如果我们能直接使用发射高纯度cpl的材料或者简单器件，就可以避免安装体积庞大的光学元件，减少耦合效率损失。胆甾相液晶具有自组装的螺旋结构，其周期性排列的液晶分子带来周期性的折射率变化，对相同手性的cpl具有布拉格反射作用，相反手性的cpl则不受影响。clcs每一层液晶分子指向矢会绕着螺旋轴转动一定角度，将分子旋转2π的距离称为螺距(p)。胆甾相液晶反射波长λ＝p*n(n为平均折射率)，反射光谱带宽δλ＝(ne-no)*p＝δn*p(δn＝ne-no为双折射率)。利用胆甾相液晶的选择性反射可以获得纯度高、性能丰富的cpl。

4、白光led(wled)在现代生活中扮演不可或缺的角色，通常可以使用三种典型的方法来实现wled：(1)将红色、绿色和蓝色(rgb)led芯片相结合；(2)将黄色发光体涂覆在蓝色led芯片上；(3)将rgb发光体的混合物涂覆在紫外线led芯片上。

5、全无机钙钛矿纳米晶(pncs)具有强量子约束效应和大的斯托克斯位移，可以获得高的光致发光量子产率(plqy)。其电子和光学特性可以通过组成来调节，提供整个可见光区域内的带隙发射，从而实现宽色域和高效的发射。利用pncs高发光效率的特点合成高性能白光已有报道，但是由于蓝光pncs的plqy较低，所以需要寻找其他的蓝光光源来替代。而氰基联苯液晶(ncb)的荧光行为在此前已有报道，该类液晶小分子在向列相状态下由于准分子的形成，在激光激发下可以产生蓝色荧光，可以取代pncs成为蓝光光源。

6、白光cpl可以在实现照明的同时传递信息，所以在智能家居、车载光源等场景中具有巨大的应用前景。尽管白光可以通过多种方法产生，但是如何给白光赋予手性的研究则很少。现有的制备白光cpl的手段具有发光强度低和不对称因子低等缺点。

7、综上所述，结合pncs的高光致发光效率、小分子液晶的蓝光发射和胆甾相液晶的高度偏振选择性透射三种特性有望解决现有技术中存在的问题，并提升器件的性能。

技术实现思路

1、基于上述缺陷，本发明公开了一种圆偏振白光器件，该圆偏振白光器件通过使用氰基联苯液晶为圆偏振蓝光光源，由红光发光层、绿光发光层出射的光经过聚合胆甾相液晶薄膜后具有高不对称的圆偏振性，作为圆偏振红光和绿光光源，三原色混合最终形成圆偏振白光。

2、本发明的一个目的，在于提供上述圆偏振白光器件，所述圆偏振白光器件的结构从下到上依次为衬底、红光发光层、绿光发光层、第一平行取向层、第二平行取向层、盖板和圆偏振选择性透过膜；

3、其中，所述第一平行取向层和第二平行取向层之间通过间隔模块形成液晶盒子，所述液晶盒子内填充有蓝光发光层，所述蓝光发光层的材料包括氰基联苯液晶和手性掺杂剂a；

4、所述手性掺杂剂a的含量为3-5wt％；

5、所述手性掺杂剂a为左旋手性掺杂剂、右旋手性掺杂剂中的一种。

6、优选地，所述手性掺杂剂a选自s5011、r5011中的一种。

7、具体地，所述氰基联苯液晶的反射带在蓝光范围，由于光子带隙的存在，其对液晶本身发射的蓝光具有选择性反射的作用，在光子带隙内相同手性的cpl由于光子态密度为0不能出射，相反手性的cpl则不受影响，所以能够产生高纯度的圆偏振蓝光。

8、具体地，所述氰基联苯液晶由于具有流动性，被填充在由间隔模块和具有平行取向层的透明玻璃盖板组成的容置空间中形成类似液晶盒子结构，既保证了胆甾相液晶良好的取向，能够出射纯度高的圆偏振蓝光，也限制了液晶的进一步流动，有利于器件的稳定性。

9、具体地，所述绿光发光层和红光发光层的材料为不同组分的钙钛矿纳米晶(pncs)。

10、进一步地，所述绿光发光层的材料选自cspbbr3ncs、cspbclbr2ncs中的一种或多种。

11、进一步地，所述红光发光层的材料选自cspbbri2ncs、cspbbr1.5i1.5ncs、cspbi3ncs中的一种或多种。

12、优选地，所述红光发光层的材料为cspbbri2 ncs，所述绿光发光层的材料为cspbbr3 ncs。

13、进一步地，所述圆偏振选择性透过膜，是由液晶单体、手性掺杂剂b和光引发剂反应所得。

14、具体地，所述圆偏振选择性透过膜具有一定的刚性，也可以通过使用间隔模块来控制圆偏振选择性透过膜的厚度。

15、具体地，红光和绿光的圆偏振光源利用的是钙钛矿纳米晶和聚合的胆甾相液晶薄膜的结合来制备，当钙钛矿纳米晶发射的红光和绿光与胆甾相液晶薄膜的反射带重合时，相同手性的圆偏振红光和绿光由于布拉格反射不能透过，相反手性的圆偏振红光和绿光不受影响，便能获得高不对称因子的圆偏振红光和绿光光源。该类聚合物胆甾相液晶薄膜制备工艺简单，聚合后具备良好的刚性和稳定性。

16、进一步地，所述红光发光层和所述绿光发光层之间还设置有第一透明分隔层。

17、具体地，所述第一透明分隔层，用于分隔两层不同组分的pncs的红光发光层和绿光发光层，避免二者发生离子交换，可以确保发光峰位置的稳定性。

18、进一步地，所述绿光发光层和第一平行取向层之间还设置有第二透明分隔层。

19、具体地，所述第二透明分隔层具有防水作用，防止水分子对钙钛矿发光层的破坏。

20、具体地，所述第一平行取向层具有防止流动液晶溶解下层第二透明分隔层、红光发光层和绿光发光层的作用，与此同时第一平行取向层具有平行取向功能，帮助氰基联苯液晶更好的取向，以获得纯度更高的cpl。

21、本发明的另一个目的，在于提供所述圆偏振白光器件的制备方法，其特征在于，所述圆偏振白光器件的制备方法包括如下步骤：

22、s1、在衬底上依次旋涂红光发光层、第一透明分隔层、绿光发光层、第二透明分隔层和第一平行取向层；

23、s2、通过间隔模块将第一平行取向层和第二平行取向层进行连接，形成液晶盒子；

24、s3、将氰基联苯液晶和手性掺杂剂a填入所述液晶盒子内，加热，冷却，得到蓝光发光层；

25、s4、将聚合胆甾相液晶薄膜贴附在盖板的上方，得到所述圆偏振白光器件。

26、进一步地，步骤s3中，所述加热的温度为55-65℃。

27、本发明的另一个目的，在于提供所述圆偏振白光器件在照明、信息传输和显示上的应用。

28、本发明至少具有以下有益效果：

29、1、本发明使用氰基联苯液晶和特定的手性掺杂剂a作为蓝光发光层的原料，当在氰基联苯液晶中加入特定的手性掺杂剂a后，其产生的光子带隙会对氰基联苯液晶分子发射的蓝光的圆偏振性产生影响，通过调节手性掺杂剂a的浓度可以改变反射带的位置，使在反射带内的荧光受到光子带隙的作用会产生与螺旋结构相反的cpl，从而将氰基联苯液晶的反射带调节到蓝光区域，从而在紫外光激发下实现圆偏振光出射；同时可以通过调节手性掺杂剂a的种类来改变氰基联苯液晶蓝光的旋性，改变手性掺杂剂a的浓度来改变其g值，从而得到得到高纯度的圆偏振光。

30、2、本发明以氰基联苯液晶和手性掺杂剂a作为蓝光光源，再以不同组分的钙钛矿纳米晶作为红光和绿光的光源，通过聚合胆甾相液晶薄膜的圆偏振选择性透射获得高纯度的圆偏振红光和绿光，通过调节rgb三者的组分，实现rgb三原色的圆偏振发光，获得高纯度的圆偏振白光，其颜色坐标接近于理想的白光，而且制备工艺简单，不需要外加庞大复杂的光学器件，在白光照明、信息传输和三维显示领域有广泛的应用前景。