基于单步曝光的光配向液晶器件研究及应用

刘澍鑫; 庄仲森; 李燕; 阎泽昆; 苏翼凯

doi:10.37188/CJLCD.6-1

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基于单步曝光的光配向液晶器件研究及应用

更新时间：2021-04-09

- 基于单步曝光的光配向液晶器件研究及应用
- Research and application： liquid crystal devices fabricated by single-exposure photoalignment
- 液晶与显示 2021年页码：1-11
- 作者机构：
  
  上海交通大学电子工程系，上海 200240
- 作者简介：
  
  [ "刘澍鑫（1990-），男，山东莱芜人，博士后，2020年于上海交通大学获得博士学位，主要从事增强现实显示和液晶器件方面的研究。 E-mail：liushuxin@sjtu.edu.cn" ]
  [ "李燕（1982-），女，浙江绍兴人，副教授，硕士生导师，2012年于美国中佛罗里达大学获得博士学位，主要从事增强现实显示和液晶器件方面的研究。 E-mail：yan.li@sjtu.edu.cn" ]
  [ "苏翼凯（1970-），男，河北满城人，教授，博士生导师，2000年于美国西北大学获得博士学位，主要从事硅基光电子器件及集成、光信号处理、传输与交换光子学、三维显示等方面的研究。 E-mail：yikaisu@sjtu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(61727808;62075127)
- DOI：10.37188/CJLCD.6-1
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- 收稿日期：2021-01-31，
  
  修回日期：2021-02-21，
- 稿件说明：
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刘澍鑫, 庄仲森, 李燕, 等. 基于单步曝光的光配向液晶器件研究及应用[J/OL]. 液晶与显示, 2021,1-11.

Shu-xin LIU, Zhong-sen ZHUANG, Yan LI, et al. Research and application： liquid crystal devices fabricated by single-exposure photoalignment[J/OL]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2021, 1-11.
刘澍鑫, 庄仲森, 李燕, 等. 基于单步曝光的光配向液晶器件研究及应用[J/OL]. 液晶与显示, 2021,1-11. DOI： 10.37188/CJLCD.6-1.

Shu-xin LIU, Zhong-sen ZHUANG, Yan LI, et al. Research and application： liquid crystal devices fabricated by single-exposure photoalignment[J/OL]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2021, 1-11. DOI： 10.37188/CJLCD.6-1.

摘要

本文提出了一种基于空间光调制器（SLM）的可实现任意图案设计的单步曝光光配向方法。通过像素级精确控制输出光的偏振方向，可完成对局部区域液晶指向矢的自由取向，从而实现具有任意图案设计的Pancharatnam-Berry（PB）相液晶（LC）器件的制作。这种非干涉曝光投影光配向法不仅简单、高效，并且能大大降低环境扰动的影响。基于该方法，采用两种光取向材料制备了多种PB相液晶器件：光栅、透镜、全息图和q-plate等。实验表明，本文制作的PB相液晶器件可实现连续的相位分布和较高的衍射效率。基于这些PB相器件，本文进一步提出了应用于增强现实显示领域的抬头显示和头戴式显示系统。

Abstract

We propose a single-exposure photoalignment method based on a spatial light modulator （SLM）， which could realize arbitrary pattern design. The polarization direction of the output light can be controlled on the pixel level， and then different local liquid crystal （LC） orientations are generated. Hence， Pancharatnam-Berry （PB） phase LC devices with arbitrary LC distribution patterns， can be fabricated using our method. Such a non-interference single-exposure method is simple and efficient， and is less sensitive to the influence of environmental interference. Based on this approach， we fabricated a variety of PB phase LC devices： gratings， lenses， holograms and q-plates using two photoalignment materials. Our PB phase LC devices can achieve high diffraction efficiency with continuous phase distribution. Base on the PB devices we also designed a head-up display and a head-mounted display system for augmented reality applications.

关键词

Keywords

references

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