阅读说明：本技术 一种液晶激光显示面板及其构建方法 (Liquid crystal laser display panel and construction method thereof ) 是由 赵永生 徐法峰 姚建年 于 2019-02-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液晶激光显示面板及其构建方法。该面板包括周期性排布的RGB像素阵列,所述RGB像素阵列包括聚合物微模板和液晶微结构；所述聚合物微模板作为空白像素,所述液晶微结构位于所述聚合物微模板内部；其中,所述液晶微结构包含液晶材料和有机激光染料分子。液晶微激光像素阵列具有周期性排布特点,易于实现混色的激光输出,易于在特定激发方式下实现全色的激光显示。(The invention discloses a liquid crystal laser display panel and a construction method thereof. The panel comprises RGB pixel arrays which are periodically arranged, wherein each RGB pixel array comprises a polymer micro-template and a liquid crystal microstructure; the polymer micro-template is used as a blank pixel, and the liquid crystal micro-structure is positioned in the polymer micro-template; wherein the liquid crystal microstructure comprises a liquid crystal material and organic laser dye molecules. The liquid crystal micro laser pixel array has the characteristic of periodic arrangement, is easy to realize laser output of color mixing, and is easy to realize full-color laser display in a specific excitation mode.)

一种液晶激光显示面板及其构建方法

技术领域

本发明属于激光显示领域，具体涉及一种液晶激光显示面板及其构建方法。

背景技术

激光显示，利用激光发射的高的单色性和高的亮度的特点，因其可实现的宽的色域覆盖范围、高的色彩饱和度和高的色彩对比度，已经成为显示工业中具有革命性意义的技术。激光显示技术在便携式显示设备上的应用因缺少合适的全色显示面板而受到阻碍。因此，发展一种能够实现全色激光发射的像素化的结构具有重要意义。一种有效的策略是利用红绿蓝(RGB)三色微激光作为基元像素来构建周期性的激光阵列作为显示面板。目前为止，RGB激光阵列已经被多种方案证明，比如印刷型的阵列制备方案、化学气相沉积阵列制备方案和模板辅助的液相自组装阵列制备方案等等，这些制备的RGB激光阵列可以作为彩色的激光显示面板。

然而，由于材料的兼容性以及复杂的制备技术问题，把RGB激光阵列集成在单一面板上来实现全色激光显示仍然是一个巨大挑战。

发明内容

本发明提供了一种液晶激光显示面板，该面板包括周期性排布的RGB像素阵列，所述RGB像素阵列包括聚合物微模板和液晶微结构；所述聚合物微模板作为空白像素，所述液晶微结构位于所述聚合物微模板内部；其中，所述液晶微结构包含液晶材料和有机激光染料分子。

根据本发明的液晶激光显示面板，所述液晶材料为液晶与手性剂掺杂的混合物。例如，所述液晶可以为向列型液晶、近晶型液晶、胆甾型液晶和圆盘型液晶中的至少一种，作为示例，所述液晶可以为向列型液晶，比如所述液晶可以为E7，购买自石家庄诚志永华显示材料有限公司。例如，所述手性剂可以为左旋手性剂和右旋手性剂中的至少一种，作为示例，所述手性剂为右旋手性剂，比如手性剂可以为R811，购买自石家庄诚志永华显示材料有限公司。其中，所述液晶材料中液晶与手性剂的质量比可以为100:(1-30)，例如100:(5-20)；作为示例，质量比可以为100:5(记为LC-1)、100:12(记为LC-2)、100:20(记为LC-3)。作为示例，所述液晶材料可以通过向液晶E7中掺杂上述比例的手性剂R811得到。

所述液晶E7例如包括氰基联苯类化合物，例如2-氰基联苯、4-氰基联苯、4-氰基-4’-戊基联苯等。

所述手性剂R811例如包括4-(4’-已氧基)苯甲酰氧基苯甲酸-(R)-(-)-2辛醇酯，其结构式如下所示：

根据本发明的液晶激光显示面板，所述有机激光染料分子可以选自寡聚苯乙烯类染料(o-MSB)、香豆素类染料(C30)和4-(二亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲基氨基苯乙烯基)-4氢-呋喃(DCM)等中的一种、两种或更多种。例如，所述液晶材料与所述有机激光染料分子的质量比可以为100:(0.5-3)，例如100:(1-2)；作为示例，质量比可以为100:1、100:1.5、100:1.2。

根据本发明的液晶激光显示面板，所述周期性排布可以为RGB像素阵列单元依次排布，所述RGB像素阵列单元由依次排布的R阵列、G阵列和B阵列构成。

根据本发明的液晶激光显示面板，所述RGB像素阵列可以为方形结构，例如横竖并行的N*N阵列。

根据本发明的液晶激光显示面板，所述液晶微结构可作为微激光像素。

本发明还提供上述液晶激光显示面板的构建方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将打印墨水注入聚合物微模板中，打印得到RGB像素阵列；

(2)在激光的激发下，所述RGB像素阵列中的子像素发出单模的RGB激光和混合色的激光，得到所述液晶激光显示面板。

根据本发明的方法，步骤(1)中，所述打印墨水包括液晶材料和有机激光染料分子的混合物；所述液晶材料和有机激光染料分子具有如上文所述的含义和配比。

例如，所述打印墨水包括打印墨水一、打印墨水二和打印墨水三。作为示例，所述打印墨水一包括液晶材料一和有机激光染料一，所述液晶材料一可以为LC-1，所述有机激光染料一可以为o-MSB。例如，所述打印墨水二包括液晶材料二和有机激光染料二，所述液晶材料二可以为LC-2，所述有机激光染料二可以为C30。例如，所述打印墨水三包括液晶材料三和有机激光染料三，所述液晶材料三可以为LC-3，所述有机激光染料三可以为DCM。

根据本发明的方法，步骤(1)中，所述聚合物微模板可以由氟化镁基底上旋涂聚合物的有机溶液，通过刻蚀制备得到。例如，所述聚合物可以为聚甲基丙烯酸甲酯。例如，有机溶液为氯苯溶液。例如，所述聚合物的有机溶液(例如聚甲基丙烯酸甲酯的氯苯溶液)的浓度可以为0.05-0.5g/mL，例如0.08-0.3g/mL，作为示例，浓度为0.1g/mL、0.2g/mL。例如，所述刻蚀可以为电子束刻蚀。所述聚合物微模板的形状可以为多边形，作为示例，形状为正方形。所述聚合物微模板的边长可以为10-100微米，作为示例，边长为50微米。

根据本发明的方法，步骤(1)中，所述打印可以为接触基底式打印。所述打印可以包括如下步骤：a、控制微操作臂，将其上的玻璃针头(例如所述玻璃针头为下端开口的倒圆锥形中空玻璃针尖，针尖内径可为5-20微米，作为示例内径为10微米)移动到打印墨水上方；b、操作机械臂使针头探入到打印墨水中，利用毛细作用将打印墨水吸入针头；c、抬起针头至聚合物微模板上方，设置一定的释放电压，将样品注入微模板中。其中，所述释放电压可以为0.5-3.0V，例如0.8-2.0V，作为示例，释放电压可以为1.0V。

根据本发明的方法，步骤(1)中，所述打印墨水可以被成列地注入所述聚合物微模板中。例如，先打印得到R阵列，再打印G阵列，再打印B阵列，依次打印得到的R阵列、G阵列和B阵列为RGB像素阵列单元。其中，同一行相邻的三个RGB像素构成了RGB像素阵列的子像素。

根据本发明的方法，步骤(2)中，所述激光可以为飞秒激光，其波长可以为380-420nm，例如390-401nm，作为示例，波长为400nm。

根据本发明的方法，步骤(2)中，当单独激发子像素时，可以得到单模的RGB激光发射。当激发不同的子像素组合时，可以得到混合色的激光；所述混合色的激光发射包括青色(BG混色)、橙色(GR混色)、品红色(BR混色)和白色(RGB混色)中的至少一种的激光发射。

根据本发明的方法，步骤(2)中，可以使用数字微镜元件控制激光激发的位置，激发位置被设计成特定的图案，由此来实现对聚合物微模板不同子像素的选择性激发。进一步地，所述特定的图案可以在与数字微镜元件关联的软件中被编辑，得到不同的激发掩模。

本发明的有益效果：

1.本发明提供了液晶激光显示面板，该液晶激光显示面板包括作为空白像素的聚合物微模板，和喷墨打印注入微模板中的液晶微结构；液晶微结构包含液晶材料，和掺杂于所述液晶材料中的有机激光染料分子。液晶材料提供激光出射所需的分布式光学反馈谐振腔，有机激光染料分子提供光学增益。具有分布式光学反馈作用的液晶材料具有优异的材料兼容性，易与具有光学增益的有机激光染料分子混合；具有光学增益的有机激光染料分子掺杂的液晶微结构能够形成微纳谐振腔，易实现有效光学震荡，有利于实现低阈值激光模式输出；具有光学增益的有机激光染料分子掺杂的液晶微结构还可通过分布式光学反馈，实现单模激光的出射，形成高纯度的激光，利于实现宽色域、高饱和度的彩色显示。有机激光染料分子掺杂的液晶材料具有优异的流动性能，易于注入特定模板中，实现特定形状的显示像素；具有有机激光染料分子掺杂的液晶材料具有优异的加工性能，易于通过打印技术实现液晶微激光像素阵列的制备，实现激光显示面板的构筑；液晶微激光像素阵列具有周期性排布特点，易于实现混色的激光输出，易于在特定激发方式下实现全色的激光显示。

有机激光染料分子掺杂的液晶微结构中，有机光学增益染料与液晶分布式反馈谐振腔通过掺杂的方式混合在一起，混合均匀稳定，有利于得到结构稳定的液晶微激光像素，使光学增益染料的发光在液晶微结构中有效谐振，实现低阈值激光出射。

液晶微激光像素中，液晶提供分布式反馈谐振腔，有机光学增益染料的发光实现了有效的分布式反馈谐振，实现高色纯度的单模激光出射。

液晶微激光像素中，不同颜色激光出射的像素可组合发光，实现多色的颜色混合，可实现多色的激光图案显示。

液晶微激光像素阵列中，可通过数字微镜元件的选择性掩模激发，实现特定图形图案的显示，实现单色、多色以及全色的激光显示。

2.本发明还提供上述液晶激光显示面板的制备方法，该方法成本低廉，方法简单，对环境友好，可以大规模制备。

附图说明

图1为本发明实施例1中所用的液晶材料的性质表征图。

图2为本发明实施例1中所用的有机激光染料分子的性质表征图。

图3为本发明实施例1所述液晶激光显示面板的制备过程示意图。

图4为本发明实施例1液晶微激光像素的激光出射性质表征图。

图5为本发明实施例1提供的全色激光混色表征图。

图6为本发明实施例1提供的特定图案的激光显示原理图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

数字微镜元件：基于TI(美国德州仪器)公司开发的数字微镜元件，型号为DLP470NE。

液晶E7：购买自石家庄诚志永华显示材料有限公司。

手性剂R811：购买自石家庄诚志永华显示材料有限公司。

液晶材料通过向液晶E7中掺杂手性剂R811得到，LC-1中E7与R811的质量比为100:5，LC-2中E7与R811的质量比为100:12，LC-3中E7与R811的质量比为100:20。

实施例1

液晶激光显示面板，该面板包括周期性排布的RGB像素阵列，RGB像素阵列液晶激光显示面板包括作为空白像素的聚合物微模板，和喷墨打印注入微模板中的液晶微结构；液晶微结构包含液晶材料，和掺杂于液晶材料中的有机激光染料分子。

喷墨打印所用的打印墨水包括打印墨水一(液晶材料LC-1与o-MSB按质量比100:1的混合物)，打印墨水二(液晶材料LC-2与C30按质量比100:1.5的混合物)，打印墨水三(液晶材料LC-3与DCM按质量比100:1.2的混合物)。

图1为本实施例所用液晶材料的性质表征图(标尺为1毫米)。从图1可以看出，三种液晶材料具有不同的透射谱。反射禁带的位置明显不同，跨越整个可见光区。其实物图也说明实现了三种颜色的反射。这有利于实现RGB三色的激光出射，从而为实现全色激光提供基础。

图2为本实施例所用的有机激光染料分子的性质表征图。从图2中可以看出，三种有机激光染料分子的荧光发射在标准的红、绿、蓝波段，也覆盖了整个可见光区，可与相应液晶材料结合，从而满足了实现全色的激光出射的前提条件。

基于以上选取的液晶材料和有机激光染料分子，将三种打印墨水通过接触基底式打印方式注入聚合物微模板内，制备显示面板。打印过程包括：a、控制微操作臂，将其上的玻璃针头(玻璃针头为下端开口的倒圆锥形中空玻璃针尖，针尖内径可为10微米)移动到打印墨水上方；b、操作机械臂使针头探入到打印墨水中，利用毛细作用将打印墨水吸入针头；c、抬起针头至聚合物微模板上方，设1.0V的释放电压，将打印墨水注入微模板中。

图3详细说明了显示面板的制备过程示意图。聚合物微模板是通过在氟化镁基底上旋涂浓度为0.1g/mL的聚甲基丙烯酸甲酯的氯苯溶液，之后通过电子束刻蚀制备得到的。微模板上图形可以经过软件设计，最终制得的微模板是边长为50微米的正方形结构的横竖并行的N*N阵列，来作为空白像素阵列。所选用的有机激光染料分子掺杂的液晶墨水展现出优异的流动性能，该打印墨水被成列地注入该微模板中，其中打印R阵列时，每隔两列打印一列R阵列，为后续其他颜色的阵列空余出位置。先打印R阵列，再打印G阵列，再打印B阵列，如此就构成了周期性排布的RGB像素阵列。同一行相邻的三个RGB像素构成了一个完整的显示像素，其中三个RGB像素构成了其子像素。

图4测试了作为子像素的液晶微结构的激光性质(标尺为25微米)。所选用的液晶材料提供激光出射所需的分布式光学反馈谐振腔，有机染料分子提供光学增益，在飞秒激光的激发下(激发波长400nm)，随着泵浦功率的升高，实现了高纯度的RGB单模激光出射，有利于实现高色域覆盖范围、高饱和度的显示。

图5展示了激光的混色表征结果(标尺为150微米)。从图5可以看出，通过激发不同的子像素组合，从制备的多个“LCLD”图案上得到了单色以及混合色的激光发射，包括红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)，青色(BG混色)，橙色(GR混色)，品红色(BR混色)以及白色(RGB混色)的激光发射。

图6展示了特定图案的激光显示原理(标尺为50微米)。基于由液晶微激光像素阵列构建的显示面板，采用数字微镜元件的激发，实现了RGB三色的英文字母显示。在构建的3*9的像素阵列上，一个像素包含横向排布的三个RGB子像素。数字微镜元件可控制激发光打到面板上的位置，从而显示出想要的图形。这些要激发的位置可以被设计成特定的图案，由此来实现对面板不同子像素的选择性的激发。这些图案可以在软件中被编辑，由此得到不同的激发掩模。不同的激发掩模在图中用黑色方框所表示。通过在软件中改变掩模，在3*9的像素阵列上得到了红绿蓝三色的大写的英文字母“L”的显示。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。