聚合物分散液晶光電器件研究與制備

I 聚合物分散液晶光電器件研究與制備 摘 要 聚合物分散液晶 一 種新興電光復(fù)合材料。它制備方法簡便、高對比度、不需要偏振片等優(yōu)點, 光窗、液晶光閥與相位光柵全息記錄膜等多種 合物分散液晶(器件當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，結(jié)合我們自身實驗條件，將傳統(tǒng)的聚合物分散液晶 (件制備與固化熒光材料相結(jié)合，設(shè)計、研制出一種新型聚合物分散液晶 (光器件。同時我們還深入對聚合物分散器件(P 透射 光的散射的特性進(jìn)行初步理論研究。 具體內(nèi)容： （1）利用我們實驗已有溶膠凝膠技術(shù)為基礎(chǔ)，制備出具有熒光效應(yīng)的熒光薄膜，將聚合物分散液晶(器件光電特性與固化熒光薄膜相結(jié)合，成功制備出具用熒光效應(yīng)并且能實現(xiàn)對熒光光強(qiáng)定量調(diào)制的熒光開關(guān)。所 以，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、傳感器、光纖通訊等領(lǐng)域中這種熒光開關(guān)器件獨特的調(diào)控功能被廣泛的應(yīng)用與重要研究。 （2）采用聚合物相分離法制備據(jù)制備的件獨特的結(jié)構(gòu)，利用分布并結(jié)合單液滴的散射理論模型對器件施加外電場時透射光的散射特性隨電壓全文圍繞膜器件優(yōu)越的光電特性，分別從材料的特性，技術(shù)融合角度入手，進(jìn)行了廣泛而有深度的研究，對推動的應(yīng)用具有一定發(fā)展價值。 關(guān)鍵詞：聚 合物分散液晶（ 熒光開關(guān)； 散射理論； 反常衍射理論； of is a it be in a of so It is it is a of CD In we a on we on of as (1) We a we by of a a on be of in to a (2) We by to to of a we of of is We an of of So it a to 錄 引 言 . 1 1 緒論 . 3 合物分散液晶 . 3 究背景 . 3 作原理 . 4 備方法 . 5 究內(nèi)容與意義 . 6 2 熒光電子器件研究 . 7 光概述 . 7 光的發(fā)展 . 7 光產(chǎn)生原理 . 7 型與光譜 . 8 光開關(guān)的設(shè)計與制備 . 10 術(shù)與實驗 . 10 件的制備 . 12 器與測試 . 13 據(jù)處理與結(jié)果分析 . 14 論 . 18 章小結(jié) . 18 3 射 光特性研究 . 20 射理論 . 20 電壓 . 20 術(shù)研究與實驗思路 . 20 件的制備 . 21 試與分析 . 22 V 果與討論 . 24 論 . 28 章小結(jié) . 28 4 總結(jié)與展望 . 29 參考文獻(xiàn) .學(xué)研究成果 . 35 致 謝 . 36 - 1 - 引 言 “液晶后顯示時代”已經(jīng)來臨。20 世紀(jì) 60 年代科學(xué)家 F. 現(xiàn)了液晶的電光效應(yīng)（比如動態(tài)散射與相變等），很快液晶 就成為了電視機(jī)、投影儀系統(tǒng)、手表、儀器儀表等顯示領(lǐng)域的熱點1功耗（2 小、信息容量很大、無輻射且無污染等優(yōu)點的液晶顯示器件，在 70 年代 就形成了產(chǎn)業(yè)化，從而使它躋身于各類重要顯示器件的行列之中。但是，目前液晶新技術(shù)的發(fā)明，大 多數(shù)來源于國外，而國內(nèi)在這方面進(jìn)展相當(dāng)緩慢。所以，國內(nèi)商家用的都是人家轉(zhuǎn)讓的 成熟技術(shù)或淘汰的技術(shù)，最新的技術(shù)總是在別人手里。在這種情況下液晶顯示技術(shù)又成 為了國內(nèi)同行研究的寵兒。由于液晶具有獨特的電光特性的材料，特別是聚合物分散液晶（近幾年來有了很多的用途。 將液晶微滴與聚合物單體上按一定的比例 混合，再高溫發(fā)生聚合 反應(yīng)就可以生成一種透明材料，人們?nèi)∶麨?沒有 偏振片的情況下，只需 給這種器件上施加外電場或磁場就可使 膜由不透明的狀態(tài)逐漸變成透明得狀態(tài)。最初 于制作窗戶透光方面。然而，現(xiàn)在成為了液晶 顯示技術(shù)取代傳統(tǒng)器件不可替代的材料5 通過折射率實現(xiàn)顯示的。因此它在實驗中不用偏振片就能改變光強(qiáng)弱變化、亮度提高，能耗降低以 及對操作人可簡化操作等。如此一來便可實現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)。 除了以上所提到的應(yīng)用領(lǐng)域之外， 也可廣泛應(yīng)用于空間光調(diào)制器（8它是未來的光計算和光信息處理技術(shù)的基礎(chǔ)。目前有40 余種空 間光調(diào)制器已經(jīng)被人們投入到實際應(yīng)用中，然 而常用的主要有鐵電液晶，空間光調(diào)制器 晶光閥，液晶電視幾種，其中液晶光閥成為了空間光調(diào)制器領(lǐng)域中研究最廣泛和實際應(yīng)用價值最高之一10原因它耗能低、響應(yīng)快、分辨率高并且成本低等特性。 故， 僅性能好，研制簡單且成本低廉， 而且在各個領(lǐng)域都有很重要用途。然而 研究歷史尚短，能夠研制出新的功能器件還 很少，所以仍需要我們在這一領(lǐng)域做更多更廣泛的研究。 示模式新穎，但性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完 善，目前依然存在一些 亟需解問題。比如：驅(qū)動電壓與響應(yīng)時間、光透過率的遲滯等 現(xiàn)象等。然而在保持高對比度的同時，如 2 何能大幅度的降低飽和驅(qū)動電壓這一問題，一 直是各方面研究的焦點問題。目前國內(nèi)也認(rèn)識到這一問題的重要性與潛在的應(yīng)用價值。 - 3 - 1 緒論 合物分散液晶 究背景 聚合物分散液晶器件研究中最有影響人物之一是斯坦福(S 學(xué)畢業(yè)在此期間，雖然曾出現(xiàn)過陳述很快操作制備該器件的相關(guān)專利，但是解釋性能描述的不全面。于是功解釋清楚該器件基本原理，并且發(fā)表文章12被有關(guān)研究者引用接近300 次。與此同時，微膠囊方法制備該器件被Dr 提出。隨后，在 1985年，晶、預(yù)聚物混合后，發(fā)現(xiàn)液晶在電場調(diào)控有散射特性13,從而聚合物分散液晶出現(xiàn)另一種相分離制備方法。此方法已成為研究者研究研的焦點。被人們廣泛使用。 對于聚合物分散液晶器件性能而言，人們最關(guān) 注實際問題有二個方面。一是調(diào)控電光轉(zhuǎn)換特性。對電光轉(zhuǎn)換的影響主要是材料， 從宏觀到微觀的測試過過程，不同材料的響應(yīng)時間就不同，大多數(shù) 上升時間比下降時間多。對下降過程有兩個不同的階段有關(guān)研究者報道了有趣的細(xì)節(jié)，例如 人13。另一種是降低操作電壓。長時間使用高電壓會使器件的使用壽命短，耗費高。 考慮到這一點研究者設(shè)計與實驗電壓在10V 以下。有部分報道出操作電壓降于5V 以下15。 隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，有關(guān)低電壓的相關(guān)報道逐漸出現(xiàn)，例如紫外光聚合21、光致聚合物16等。一些新的材料和新的結(jié)構(gòu)也逐漸出 現(xiàn)?？梢姡壳叭藗冊诰酆戏稚⒁壕Х矫嫜芯客度牒艽缶?，使得器件的性逐漸優(yōu)越，逐漸走 入實際應(yīng)用中。例如 件在工業(yè)生產(chǎn)化方面的應(yīng)用，不需添加偏 振片， 大面積顯示器件就能被的制作且投入與實際應(yīng)用。并且相比傳統(tǒng)的 的器件。 它的優(yōu)勢在于采用折射率可以將電場調(diào)控的雙折射液晶和易于聚合的聚合物組成新型材 料，可廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計中的智能玻璃窗中。 近幾年，能相當(dāng)優(yōu)越，由于液晶的 雙折射和電磁學(xué)特性一直吸引著研究者的眼球，利用能與全息技術(shù)、光學(xué)材料相結(jié)合研制新功能器件成為研究者關(guān) 4 注的焦點。目前有大量的文獻(xiàn)、論文、和專利可以檢索到?？梢娦g(shù)在傳感器技術(shù)、雙穩(wěn)態(tài)器件17、光開關(guān)、液晶激射等領(lǐng)域的有廣泛應(yīng)用前景18。 作原理 美國州立大學(xué)的 究 員將液晶，以微粒狀態(tài)，分散在聚合物基體中并且彼此不相連而首先發(fā)現(xiàn)了 。這 種液晶形成的微粒，彼此相互分隔開來，而聚合物形成了連續(xù)的相，人們便將這種薄膜稱為聚合物分散液晶膜，即。置放在兩塊透明導(dǎo)電玻璃 間，采用某種方法使之形成一層 后，這就是一個簡單的光學(xué)器件。液晶與聚合基體是制備 重要材料。這兩種材料折射率在電場調(diào)控作用下的是否能匹配是器件性能的關(guān)鍵。原因19液晶材料具有獨特各向異性特性，當(dāng)未加外電場（磁場）作用時 ，液晶微粒，無規(guī)則、自由分布于聚合物材料中。因此 晶的折射率)與 合物的折射率)是不匹配，并且微粒對入射光有較強(qiáng)的反射與散射作用，入射光幾乎不能通過，這時就會 膜呈現(xiàn)出不透明，即“在 外電場(磁場）施加作用后，液晶 微粒的向矢量方向逐漸改變, 當(dāng)射與散射相當(dāng)弱，光可以通過并且逐漸變強(qiáng)，將逐漸出現(xiàn)透明現(xiàn)象，即 “on s 但 是當(dāng)我們?nèi)コ鈭鰰r的作用時則膜又逐漸到“這一 過程可由圖 示20。我們發(fā)現(xiàn) 膜狀態(tài)的改變與外電場的強(qiáng)度大小有，且入射光的散射程度就會不同，故我們 可以控制施加的在 上的電場，這樣入射光線的光強(qiáng)大小可被研究者調(diào)控。 圖 a、b) 聚合物分散液晶的工作原理 (a、 b) of - 5 - 備方法 伴隨新技術(shù)發(fā)展、新材料的出現(xiàn)，研究者通過設(shè)計與測驗出多種 的研制方法22。目前最常用的方法有：（1）熱致相分離（(2) 溶致相分離（(3) 聚合相 分離（4）微膠囊相分離法（14，（5）空穴法23。 （1）熱致相分離（選取熱塑性材料，并且溶解度要比熔點要高。這是 備方法的關(guān)鍵。經(jīng)高溫聚合物、液晶共混物后，形成均相溶液，后發(fā)生相分離并且降溫使固化，最后使得液晶固定在高聚合物網(wǎng)格中。降溫速率影響液滴尺寸，且液晶的尺寸是不容易控制，這對研究形貌的對性能的影響意義重大。另外，制備過程簡單，可操作性強(qiáng)等是此法的優(yōu)勢。 不利的因素有：日常溫度的變化是不穩(wěn)定的， 這就導(dǎo)致微粒形貌不穩(wěn)定的。粒徑及分布狀況與樹脂中溶解度也有關(guān)。 (2) 溶致相分離（熱塑性是此制備法聚合物材料的關(guān)鍵成分 。首先我們使液晶與其 形成的溶液且體系要均勻，然后再使液晶和聚合物發(fā)生相分離。此法回收溶 劑困難，操作相對 要復(fù)雜的多。 （3）聚合相分離(聚合相分離法主要是將熱塑性的或熱固性的高聚物預(yù)聚體 和 晶按一定的比例均勻混合?？刂坪没旌媳壤?，分子擴(kuò)散速度、粘度，溶解性等特性，就會對液滴尺寸和形貌的形成影響比較小。目前，大多采用此方法。 （ 4）微膠囊相分離法（ 該法將氟化的小分子液晶，溶脹到聚甲基丙烯酸酯膠囊中，則濃度增加，從而影響了液滴尺寸的增大24。該法閾值電壓和驅(qū)動電壓的要求比較低，而且過程復(fù)雜，所以目前較少采用此法。 （5）空穴法 將可固化的光致預(yù)聚物均勻涂抹在沉積微 球上，微球濃度與微球多層規(guī)則排布是制作過程關(guān)鍵，然后再通過光照將其干燥固化，接著除去微球，從而形成規(guī)則的球形空 6 穴。再填入液晶并且蓋上璃即可。此法的優(yōu)點是：膜的尺寸比較均勻而且規(guī)則。采用此法可獲得更高閥值電壓的膜。示 。 圖 穴法制備 in 上所述，這幾類方法各有其優(yōu)缺點。其中，方法（2）操作簡單、不需任何添加劑、易控制等優(yōu)點，值得采用。 究內(nèi)容與意義 從以上研究可以看出， 件應(yīng)用潛力巨大。本文根據(jù)聚合物分散液晶的工作原理、以及自身實驗條件將 件與熒光素材料的特性有機(jī)相結(jié)合起來，對基于型的光學(xué)器件及 件的透射光散射的特性進(jìn)行了獨創(chuàng)性有價值研究。具體細(xì)分為： (1)通過采 用溶膠凝膠的方法固化熒光材料制備出熒光薄膜，利用件的開關(guān)特性，將聚合物分散液晶( 件與固化的熒光素相結(jié)合，制成具有熒光效應(yīng)并且熒光的激發(fā)可被電控調(diào)節(jié)熒光開關(guān)，這種新型功 能器件可在軍工領(lǐng)域、傳感器、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與光通訊領(lǐng)域等具有應(yīng)用價值與發(fā)展前景。 （2）采用聚合物相分離法制備出 據(jù) 制備出來的 構(gòu)，利用分布并結(jié)合單液滴的散射理論模型對其施加外電場時透射光的散射特性歲散射角度變化作了初步理論分析。 - 7 - 全文對基于 料器件設(shè)計與優(yōu)越特性作了一部分理論研究，從新型性能的開 關(guān)到熒光的激發(fā)可被電控調(diào)節(jié)熒光開關(guān)，同時在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對 件施加外電場時透射光的散射 特性隨電壓步理論分析。使我們深入了解 件應(yīng)用價值。本項目是將器件的光學(xué)特性、熒光材料與信息科學(xué)等多技術(shù)的交叉研究，希望目前這些研究方法與經(jīng)驗?zāi)転楣怆娮悠骷嚓P(guān)領(lǐng)域的研究者帶來一些幫助。 2 熒光電子器件研究 光概述 光的發(fā)展 1575年，西 班牙科學(xué)家 發(fā)現(xiàn)熒光現(xiàn)象。在17 世紀(jì)時，研究者全面展開對熒光研究，重點對有關(guān)現(xiàn)象問題進(jìn)行深入描述。但是有關(guān)熒光的產(chǎn)生原理及條件研究者解釋還是不全面，直到 19 世紀(jì)中期，研究奎寧和葉綠素?zé)晒獠牧蠒r，發(fā)現(xiàn)熒光材料吸收一定的能量后就能被激發(fā)產(chǎn)生熒光。從而出現(xiàn)了“熒光”這一名稱。 1867年，一次對熒光進(jìn)行了分析。19 世紀(jì)末，人們已經(jīng)了解有關(guān)熒光化合物。了熒光現(xiàn)。直到50 年代我國才出現(xiàn)極少熒光現(xiàn)象方面的實驗研究25。 光產(chǎn)生原理 我們了解化學(xué)發(fā)光是從化學(xué)反應(yīng)的過程中產(chǎn)生能發(fā)射光譜的激發(fā)態(tài)的物質(zhì)，熒光也是如此。在常溫環(huán)境中大部分熒光物質(zhì)均處于 能量最低的狀態(tài),所以此時態(tài)為基態(tài)。我們用可見光照射熒光物質(zhì)時,它的分子吸收， 頻率相同光線后不穩(wěn)定，發(fā)生躍遷。遷到分子的第一激發(fā)態(tài)的最低振動能級，這一過程 中熒光分子與其它分子或者同類分子相互碰撞并且消耗了能量，則分子就不會發(fā)光。而分子在第一激發(fā)態(tài)的最低振動能級不穩(wěn)定，就會繼續(xù)回落到基態(tài)時,分子就以光的形式釋放能量,即為熒光產(chǎn)生原理25。6 。 8 子內(nèi)的光物理過程 of 類型與光譜 光與遲滯 (光兩類。 瞬時熒光有二個產(chǎn)生過程：一：是分子被激發(fā)過程中產(chǎn)生的。二：分子形成的聚合物（激發(fā)態(tài)二聚體）也可能產(chǎn)生瞬時熒光。可用公式表示為： 01（ 1） 10 10 0()2ss ss （ 2） 其中 遲滯熒光具有二種類型： （1）T 態(tài)的分子熱活化后，處于1S 態(tài)，然后輻射、躍遷而產(chǎn)生熒光。由于單重與三重態(tài)布居是 熱平衡的，所以 程如下： - 9 - 110 熱活化（ 3） （2）1S 電子態(tài)激發(fā)分子的布居是經(jīng)由兩個處于1T 電子態(tài)的分子相互作用時所引起的。過程如下： 11 1 0S（ 4） 10（ 5） 從分析化學(xué)方面的來看，廣泛研究的是瞬時熒光，但對遲滯熒光研究比較少。 2 按照光子能量分類，熒光又分為三種類型： （1）斯托克斯 (光。 （2 ）共振熒光。（3）反斯托克斯（ 光。在高溫下的條件下，某些元素的第一激 發(fā)態(tài)能級大于基態(tài)的能級布局的情況下反斯托克斯（ 光出現(xiàn)。在入射光激發(fā)下，激發(fā)光的波長比熒光波長。本文我們主要研究是斯托克斯27。 熒光光譜重要光譜是：激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。 激發(fā)光譜是指熒光強(qiáng)度對激發(fā)光波長的關(guān)系曲 線所得到的譜圖。發(fā)射光譜是指熒光強(qiáng)度對發(fā)射波長的關(guān)系曲線所 得到的譜圖。例如：圖 5分別表示苝的苯溶液和硫酸奎寧的稀硫酸溶液的吸收光譜與熒光發(fā)射光譜。 10 的苯溶液(a)和硫酸奎寧的稀硫酸溶液(b)的吸收光譜與熒光發(fā)射光譜 of of of 熒光光譜圖我們觀察出，相比激發(fā)（或吸收 ）波長，熒光發(fā)射波長會更長。無論激發(fā)波長如何變化，激發(fā)波長都不影響熒光光譜形狀。 光開關(guān)的設(shè)計與制備 術(shù)與實驗 目前，國內(nèi)外大多數(shù)研究者基于 速的響應(yīng)時間和穩(wěn)定的物理性能等特點,廣泛研究它在光閥、光柵、全息光開關(guān)、顯示 器、三維圖像顯示、光學(xué)計算處理與光電開關(guān)29領(lǐng)域的應(yīng)用。從而它具有廣泛的應(yīng) 用價值需要我們研究。但是目前國內(nèi)利用件 的光電特性結(jié)合熒光材料的研究目前 相對還不多。橙紅色的熒光素 - 11 - （熒光 材料其中是一種有機(jī)物,它的分子結(jié)構(gòu)式如圖 示35穩(wěn)定性使它具有廣泛的研究價值。它 優(yōu)越的光電性質(zhì)，當(dāng)一定強(qiáng)度的光，照射到熒光材料時，它能吸收短長的光 能后，激發(fā)出較長熒光光譜36目前光電材料前沿研究課題之一熒光材料的研究。 以往我們對熒光素特性的研究，一 般主要針對的是材料的液態(tài)40然而要把它制作為器件后能被實際生活中應(yīng)用，我們必須采 用一種方法對熒光素材料進(jìn)行固化。通過研究我們使用溶膠凝膠的方法對其進(jìn)行固化，并結(jié)合 備技術(shù),成功制備出具有熒光效應(yīng)的新型電控可調(diào)諧熒光開關(guān)器件。用藍(lán)色 源入射到器件上時，通過調(diào)制施加在器件的驅(qū)動電壓大小產(chǎn)生新的現(xiàn)象。當(dāng)我 們未給該器件施加電壓時,藍(lán)色 源幾乎沒用通過，熒光現(xiàn)象微弱，幾乎沒有熒光 產(chǎn)生。而我們逐漸增加電壓時，光纖光譜儀在散射光路中，我們探測到 明顯的熒光帶，因此產(chǎn)生熒光。經(jīng)過 我們測試,得出當(dāng)驅(qū)動電壓在0 120間調(diào)制時,熒光光強(qiáng)能夠?qū)崿F(xiàn)近似線性的調(diào)制。 利用 關(guān)技術(shù)與熒光材料相結(jié)合，制備出一種新型的、具有熒光效應(yīng)并且熒光激發(fā)可被電控調(diào)諧的熒光開關(guān)。該器件具有 獨特創(chuàng)新型設(shè)計結(jié)構(gòu)。該熒光器件的制備工藝簡便且對輸出信號的輸出易檢測等優(yōu)點吸 收研究者的眼球。尤其響應(yīng)快速、高的靈敏度是關(guān)鍵，可能應(yīng)用在研制智能化的生物 傳感器。另外,熒光 材料自身敏感性能使我們根據(jù)外界不同的環(huán)境的刺激實施開關(guān)動作, 這高的靈敏度可能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、環(huán)境分析、軍工等領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用。 熒光素分子結(jié)構(gòu)式 of 12 件的制備 熒光開關(guān)器件制備步驟如下： 第一是 程：采用溶膠凝膠法合成的方法將32的質(zhì)量比混合液（聚甲基丙烯酸甲酯(液 并且同時用玻璃棒攪拌至均勻,使用膠薄機(jī)將混合溶液均勻甩膜在定勻膠薄機(jī) 轉(zhuǎn)速為900然后將其放入烘箱一分鐘使固化后形成最后將另一透明用螺旋測微計測得薄膜厚度大約為40m。 第二是制作熒光薄膜：入15用透明玻璃棒攪拌制成溶液1均勻。入10拌直至均勻狀態(tài)。然后使用移液管量取5攪拌均勻。將其放置在900后將涂抹在過固化后形成熒光薄膜后，8。 最后,我們把上述的薄膜制作完成,根據(jù)圖下2 作成類似于層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的熒光開關(guān)器件 。在測試過程中,使線通過后照射熒光薄膜層上。 根據(jù)材料的特性與器件原理，把以上步驟制作出樣品相結(jié)合，設(shè)計出滿足我們要求的器件結(jié)構(gòu)。 器件結(jié)構(gòu) of 13 - 器與測試 使用型號4000光纖 光譜儀（采購于測試液態(tài)熒光素、光素的液態(tài)光 波長是46 8液態(tài)熒光素的光譜圖 （曲線1是線2是熒光素的液態(tài)的光譜圖） ED 用透鏡會聚入射光，其垂直入射到器件上。型號探測到熒光光強(qiáng)強(qiáng)接收角度為 與此同時，在層上裝置施加外電壓,調(diào)節(jié)其外電場，測量散射光路的光強(qiáng)度變化情況，在計算機(jī)軟件輸出 端連接光譜儀,可見,整個實驗測試過程中可同步顯示。 14 熒光開關(guān)結(jié)構(gòu)、光路檢測裝置圖 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析 1、光譜圖的分析 ：在測試調(diào)控驅(qū)動外加電壓與 熒光光強(qiáng)的特性關(guān)系時,觀察到光譜儀的輸出端輸出連續(xù)光譜，且在光譜上出現(xiàn)有兩個峰值：波長 468藍(lán)光峰值；波長在515545光帶峰值。 2、熒光開關(guān)：調(diào)節(jié)施加在器件驅(qū)動電壓在 0240V 變化時,具體 數(shù)據(jù)見表，使用計算機(jī)繪制光譜圖如圖 示。當(dāng)我們給熒光器件的 未施加驅(qū)動電壓時,使用光纖光譜儀檢測到波長為 468光 光強(qiáng)相對強(qiáng)，其光強(qiáng)峰值約為 時在波長 515545圍的 熒光帶的光強(qiáng)相對很弱,其光強(qiáng)峰值強(qiáng)度 除噪聲的干擾),如圖中 0V 譜線所表示, 2約為 13/5， 此狀態(tài)我們定義為關(guān)態(tài);然而當(dāng)我們調(diào)控施加驅(qū)動外電壓在 20240v 范圍變化時,光譜儀探測到藍(lán)光（波長為 468強(qiáng)有明顯變?nèi)跚易內(nèi)醯内厔荼容^很大，而熒光帶的光強(qiáng)明 顯出現(xiàn)增強(qiáng)(消除噪聲干擾)并且熒光光強(qiáng)增強(qiáng)趨勢很大且穩(wěn)定，從而實現(xiàn)了 熒光開關(guān)器件的良好效果。從圖中的光譜線變化觀察到，在調(diào)節(jié)驅(qū)動外電壓變化過程中，波長 515545 圍的光強(qiáng)峰值強(qiáng)度變化顯著?？梢?，一種利用理的熒光開關(guān)器件制備具有開關(guān)特征。 這種熒光開關(guān)器件工作原理與 材料主要成分液晶與高聚物，由于液晶具有雙折射的特性 ，導(dǎo)致無施加外加電場時與施加外加電場 - 15 - 時在上時，不透明和透明狀態(tài)。其一，當(dāng)于經(jīng)達(dá)到激發(fā)熒光的強(qiáng)度，熒光吸收的能量少，不足以激發(fā)熒光薄膜產(chǎn)生熒 光，因此，產(chǎn)生熒光光強(qiáng)呈現(xiàn)很弱狀態(tài)。其二，當(dāng)則明的狀態(tài)時,入射光經(jīng)過膜后，微粒的反射與散射作用逐漸不強(qiáng)，熒光薄膜吸收透射過的光強(qiáng) 能量逐漸增強(qiáng)，達(dá)到激發(fā)熒光需要的能量后，使得熒光材料吸收一定的能量后從而激活 熒光的產(chǎn)生，因此呈現(xiàn)出明顯的熒光效應(yīng)515545圍的光強(qiáng)逐漸增強(qiáng)。 04)光譜圖 、光電調(diào)制特性：我們進(jìn)行 調(diào)制在熒光器件上的驅(qū)動外加電壓,當(dāng)不變實驗條件下,間隔是20V,從0步調(diào)制增加 ,記錄光纖光譜儀輸出藍(lán)光光強(qiáng)與熒光帶光強(qiáng)的數(shù)據(jù)并作數(shù)學(xué)處理。具體方法是：根據(jù)對應(yīng)光譜儀與測得數(shù)據(jù)的讀數(shù)并提取最大值如表，得到驅(qū)動電壓與藍(lán)光對應(yīng)關(guān)系，驅(qū)動電壓 與熒光光強(qiáng)度與對應(yīng)關(guān)系。示。 16 藍(lán)光、熒光光強(qiáng)度與電壓關(guān)系及擬合曲線 ED ac （1）當(dāng)我們調(diào)控在器件上驅(qū)動外電壓的逐漸增加時,光纖光譜儀接受到藍(lán)光（曲線1）光強(qiáng)遞減快,其解釋理由：該器件的入射光隨著施加外電壓的逐漸增加，使得通過增強(qiáng)，這個過程散射光強(qiáng)逐漸減弱,對離散的數(shù)值用函數(shù)進(jìn)行擬合得公式： 21y （6） 可知, 在電壓0240得到擬合漸近線。從曲線中我們可以直接觀察到， 當(dāng)驅(qū)動外電壓大小超過120光光強(qiáng)幾乎不在不變,幾乎接近某一定值。 （2）隨著驅(qū)動外電壓的增加時,探測到（熒光曲線2）光強(qiáng)逐漸遞增,原因是該器件隨著透射光的增加，熒光材料吸收的光能逐漸增加,從而激發(fā)熒光產(chǎn)生光強(qiáng)度逐漸增加。對提取出數(shù)據(jù)用函數(shù)進(jìn)行擬合得： 22y （7） - 17 - 可見, 當(dāng)在0至240總體滿足二次多項式曲線規(guī)律,得到擬合漸近線。當(dāng)電壓超過 120光強(qiáng) 度達(dá)到飽和，熒光光強(qiáng)幾乎是不會不變的,接近某一定值。 提取的測得數(shù)據(jù)。有兩點我們需要注意的問題： （1） 當(dāng)施加驅(qū)動外電壓少于 160V 時,我 們分別提取 0、20、40、 60 和 120V 對應(yīng)藍(lán)光光強(qiáng)峰值2見下表2表 2動電壓光強(qiáng)峰值 0 20 40 60 120 140 160 藍(lán)光光強(qiáng) I1/光光強(qiáng) I2/7635 1/3:5 11:5 9:5 7:5 6:5 1:1 4:5 經(jīng)過表格數(shù)據(jù)計算可知,提取表中0120電壓范圍中數(shù)據(jù)分析，藍(lán)光光強(qiáng) 變化規(guī)律是線性遞減趨勢（具體變化如圖 曲線 1 中虛線代表），經(jīng)計算機(jī)擬合得的曲線函數(shù)為： 1y 1262 （ 8） 而熒光光強(qiáng)變化在0120V 范圍的可調(diào)外電壓中是線性趨勢且遞增規(guī)律（虛線所示），擬合得到曲線函數(shù)為： 2y 1910 （ 9） 經(jīng)過計算機(jī)處理分析可得擬合值與實際數(shù)據(jù)誤差很 小,這就為連續(xù)穩(wěn)定的調(diào)制熒光光強(qiáng)提供可靠的依據(jù)。 18 （2）當(dāng)電壓調(diào)制大于120光帶的光強(qiáng)呈 現(xiàn)增幅值下降變化,在180V、200V、220壓1402 40是遞增量漸趨飽和。 響應(yīng)時間也是衡量器件性能的一個重要參數(shù)。 經(jīng)過查資料發(fā)現(xiàn)熒光材料弛豫時間102，對料而言，它的電場響應(yīng)時間一般具有m 比兩種材料響應(yīng)時間，可認(rèn)為熒光材料與 相結(jié)合，它不會影響 間。我們實驗室曾經(jīng)測得3。因此該熒光開關(guān)器件響應(yīng)時間數(shù)量級具有由此說明,當(dāng)調(diào)節(jié)在該器件上 驅(qū)動外電壓的電場的強(qiáng)度變 化時，我們可實現(xiàn)調(diào)制產(chǎn)生熒光帶的光的光強(qiáng)變化。通過定量比較，可見該器件其調(diào)程量度范圍度 大、響應(yīng)時間快、調(diào)制幅度廣。并且發(fā)現(xiàn)在驅(qū)動外電壓在小于 120調(diào)制熒光光強(qiáng)變化增幅趨勢呈現(xiàn)出穩(wěn)定線性的增加的效果,易于我們定量控制熒光帶的光強(qiáng)與熒光產(chǎn)生效率,提高實際應(yīng)用價值。 論 我們首次使用溶膠凝膠的制作 方法固化熒光材料，并結(jié)合 關(guān)技術(shù),利用晶 的光開關(guān)特性、電場響應(yīng)快速與熒光光學(xué)材料 的特性,成功研制出熒光開關(guān)，又可被電控調(diào)諧熒光光強(qiáng)。熒光帶的光強(qiáng)在 關(guān)態(tài)、開態(tài)、對比度約為 12。選擇合適的驅(qū)動外電壓范圍,可實現(xiàn)對輸出熒光光強(qiáng) 定量可靠穩(wěn)定的調(diào)控。 熒光開關(guān)器件優(yōu)越功能與熒光薄膜材料本身的特性有關(guān), 應(yīng)用價值 在傳感器、信息通訊、光電子器件等電子領(lǐng)域中有著潛生命力。該器件設(shè)計原理與結(jié)構(gòu) 上是一種新型的研究與探索，國內(nèi)外很少見到此熒光效應(yīng)熒光開關(guān)的相關(guān)報道。 章小結(jié) 本文是首次將聚合物分散液晶(關(guān)技術(shù) 與固化熒光材料的特性相結(jié)合,研制出一種新型的、具有熒光效應(yīng)且其熒光強(qiáng)度可 被電控調(diào)諧的熒光器件。當(dāng)用藍(lán)色 源正入射到開關(guān)器件時,通過調(diào)制施加在開 關(guān)上的驅(qū)動電壓值來調(diào) 控器件的熒光效應(yīng)。 - 19 - 在測試實驗過程中,我們觀察到該器件的驅(qū)動外電壓值范圍在 0 至 120V 間變化,熒光帶的光強(qiáng)能夠?qū)崿F(xiàn)近似線性的調(diào)制。這種對熒光 光強(qiáng)可實現(xiàn)定量調(diào)制的性能展現(xiàn)出該器件可在醫(yī)學(xué)、傳感器、軍工等與光電子研究相關(guān) 領(lǐng)域有著潛在研究價值與應(yīng)用。值得我們投入精力繼續(xù)努力研究。 20 3 射 光特性研究 近幾年來人們開始研究聚合物分散液晶 器件在散射方面的特性，一些研究報到這與液晶微粒光折射率 的范圍間不匹配引起的44反常衍射理論可解釋微粒大小是液晶微滴引起的散射效 應(yīng)。不久，6 和范志新等人47提出了獨立模型、散射模型。這 些模型的建立為我們研究該器件的奇