一种温度响应的圆偏振发光器件及其制备方法和应用

本发明涉及圆偏振发光，特别是涉及一种温度响应的圆偏振发光器件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、圆偏振光(cpl)可以看作两个电场矢量互相垂直的线偏振光的叠加，这两束线偏振光同向传播，频率相等，存在一定的相位差。当相位差为π/2的奇数倍，且两束光的振幅相同时，合成的光称为圆偏振光，光矢量的末端轨迹是一个螺旋的圆形，旋转方向和相位差相关。现有获取圆偏振光的成熟方案是利用已有的光学元件，先将非偏振光经过线偏振片获得线偏振光，再经过一个四分之一波片从而获得圆偏振光。

2、发光不对称因子(glum)是用来评估cpl纯度的关键参数，glum一般通过2(il-ir)/(il+ir)来量化，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。手性向列相液晶也叫做胆甾相液晶(clcs)，是一种理想的增强手性的一维光子晶体材料。其螺旋超结构具有光子带隙(pbg)可以实现圆偏振光选择性反射效果。

3、clcs由棒状分子组成的，每一层液晶分子指向矢会绕着螺旋轴转动一定角度并且呈周期变化，层内的分子取向方向基本一致，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为的平均折射率)，反射光谱带宽δλ＝(ne-no)*p＝δn*p(δn＝ne-no为双折射率)。根据布拉格定律，当位于反射带的非偏振光入射clcs时，与螺旋结构相同手性的光会被反射，而另一半相反手性的光则可以直接透过，以此获得纯度极高的cpl，避免安装体积庞大的光学元件，减少耦合效率损失。

4、小分子clcs具有刺激响应性，通过温度变化改变螺距p值，反射波段也会发生变化，从而可实现cpl波段和不对称因子的调节。全无机钙钛矿量子点由于量子限域效应，其激子辐射复合发光具有高的量子效率和窄的发光峰，是一种优异的半导体发光材料。但是钙钛矿量子点本身的发光不具有圆偏振性，现有的通过化学或者物理手段赋予其发光一定圆偏振性的方法具有发光强度低、不对称因子低和不可调谐性的缺点。

5、综上所述，亟需研发一种新的技术方案，以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、基于现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种温度响应的圆偏振发光器件及其制备方法和应用，所述温度响应的圆偏振发光器件在不同温度下能够出射不同波长的圆偏振光，且圆偏振光的不对称因子具有可调谐性。

2、本发明的一个目的在于，提供一种温度响应的圆偏振发光器件，所述温度响应的圆偏振发光器件从下至上依次包括：下基板、发光介质层、调光层和上基板；所述发光介质层和调光层设置于下基板和上基板之间形成液晶盒子结构；

3、所述调光层上方还设置有平行取向层；

4、其中，

5、所述调光层包括具有温度响应性的小分子胆甾相液晶；

6、所述发光介质层包括发光波长不同的第一钙钛矿量子点层和第二钙钛矿量子点层。

7、具体的，发光波长不同的两种钙钛矿量子点分别发射红光和绿光。小分子胆甾相液晶的分子能够转动。当胆甾相液晶的反射带与发光介质的发光峰重合时，透过的圆偏振光具有最大的不对称因子。

8、小分子胆甾相液晶的螺距随温度升高而减小，造成反射带的移动，其响应范围覆盖从红光到蓝光整个可见光波段，与钙钛矿量子点的发光峰能很好地重合。

9、进一步地，所述具有温度响应性的小分子胆甾相液晶包括手性掺杂剂和小分子向列相液晶。

10、进一步地，所述手性掺杂剂和小分子向列相液晶的质量比为(20-30):(70-80)。

11、进一步地，所述手性掺杂剂选自s5011、s811、r5011、r811中的一种或多种；和/或

12、所述小分子向列相液晶为混合液晶e7。

13、具体的，本发明中的混合液晶e7的液晶态在12-42℃，该温度范围基本不会对钙钛矿量子点的发光造成影响。

14、在e7中加入一定比例的s811会形成具有近晶相的液晶材料，由于近晶相的存在，使得该液晶材料具有预转变效应，从而导致温度降低时，液晶由胆甾相向近晶相逐渐转变的过程中，产生解螺旋的现象，螺距由有限值向近似无穷大转变，可以看作螺距增大，最终导致反射波段发生红移。

15、本发明实现了液晶响应范围大，响应速度快(<1s)的技术效果；响应范围与钙钛矿量子点的发光光谱接近。如果采用其他液晶材料，比如可聚合的液晶薄膜，则不具有响应性。

16、另外，可响应的液晶都具有流动性，本发明的器件结构不需要引入其他固定液晶的介质，避免了不必要的光散射等损耗。

17、进一步地，所述第一钙钛矿量子点层的发光波长为600-700nm，所述第二钙钛矿量子点层的发光波长为480-580nm。

18、进一步地，所述第一钙钛矿量子点层的材料为cspbbri2，所述第二钙钛矿量子点层的材料为cspbbr3。

19、进一步地，所述发光介质层还包括第一透明分隔层，所述第一透明分隔层设置于第一钙钛矿量子点层和第二钙钛矿量子点层之间。

20、具体的，在发光波长不同的钙钛矿量子点层之间设置透明分隔层，能够保持各自的组分和发光波长稳定性。

21、进一步地，所述发光介质层还包括第二透明分隔层和第三透明分隔层，所述第二透明分隔层和第三透明分隔层设置于发光介质层中靠近调光层的一侧。

22、具体的，设置第二透明分隔层具有防水作用，避免钙钛矿量子点受到水分的破坏；第三透明分隔层具有防止液晶溶解的作用，另外一个作用是具有平行取向功能。

23、优选地，所述上基板和下基板为玻璃衬底。

24、本发明的另一个目的在于，提供上述温度响应的圆偏振发光器件的制备方法，所述温度响应的圆偏振发光器件的制备方法包括如下步骤：

25、s1、在上基板表面旋涂pva，然后进行取向，得到平行取向层；

26、s2、将手性掺杂剂和小分子向列相液晶混合，在黄光条件下，加热搅拌，得到小分子胆甾相液晶；

27、s3、在下基板表面旋涂钙钛矿量子点，然后旋涂透明分隔层，得到发光介质层；

28、s4、在所述发光介质层表面放置间隔模块，将所述上基板具有平行取向层的一侧覆盖于所述间隔模块上，固化后，将所述小分子胆甾相液晶填入平行取向层和发光介质层之间的空间，得到所述温度响应的圆偏振发光器件。

29、具体的，间隔模块分别与上基板和所述第二透明分隔层连接而形成容置空间，所述容置空间用于容置胆甾相液晶，所述上基板具有平行取向层，以使胆甾相液晶具有更完整的螺旋结构。

30、本发明的另一个目的在于，提供上述温度响应的圆偏振发光器件在传感器、光学器件、显示器、光通信中的应用。

31、本发明的有益效果如下：

32、本发明提供了一种温度响应的圆偏振发光器件，其中，钙钛矿量子点叠层结构在飞秒激光激发下能产生对应的两个波长的荧光，荧光进一步受到胆甾相液晶调光层的调制作用从而具有圆偏振性。在以往的研究中，采用的是聚合的胆甾相液晶薄膜，该类聚合物胆甾相液晶薄膜具有良好的刚性和稳定性，然而丧失了随温度、电场等外界环境改变而改变p值的响应能力，导致其反射波段也是固定的。本发明中，使用的是不可聚合的小分子液晶(混合液晶e7)，具有很高的旋转和位移自由度，既能带来静态的反射，也能带来动态的反射。该液晶的反射波段能够随温度发生变化，具体当温度降低时，胆甾相液晶发生解螺旋，螺距增大，反射波段红移；当温度升高时，胆甾相液晶螺距减小，反射波段蓝移，所述升降温过程的变化是可逆的。由于不可聚合的小分子液晶具有流动性，本发明中提出将整个温度响应的圆偏振发光器件设计成液晶盒子的结构，先在玻璃基板上制备好发光层和透明分隔层，然后与另一块玻璃基板通过间隔模块连接成液晶盒子，再利用毛细作用力将胆甾相液晶填进去。通过以上器件结构，在激光激发下，当温度较低时，胆甾相液晶反射带与钙钛矿量子点的红光波段重合，此时在液晶测出高纯度的圆偏振红光；当温度升高时，胆甾相液晶螺距减小，反射带蓝移并且与钙钛矿量子点的绿光波段重合，此时在液晶测出高纯度的圆偏振绿光。在不同的温度下，钙钛矿出射的圆偏振光的不对称因子不同，可以用于温度传感和温度控制的圆偏振光开关。

33、附图说明

34、图1示出了实施例1制备的温度响应的圆偏振发光器件的结构示意图。

35、附图说明：1-下基板；2-发光介质层；201-第一钙钛矿量子点层；202-第一透明分隔层；203-第二钙钛矿量子点层；204-第二透明分隔层；205-第三透明分隔层；3-调光层；401-平行取向层；402-上基板。

36、图2示出了测试光路图。