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为解决液晶（LC）器件引入聚合物后散射增加的问题，研究人员开展基于表面引发聚合（SIP）制备低散射、快响应液晶微透镜阵列（LCMLA）的研究。结果显示该聚合物刷稳定液晶（PBSLC）MLA 散射低、响应快，在多领域有应用潜力。
在如今这个科技飞速发展的时代，光学技术在众多领域都有着至关重要的作用。液晶微透镜阵列（Liquid Crystal Microlens Array，LCMLA）凭借着自身尺寸小、功耗低、焦距可调等优势，在 2D/3D 可切换显示、光通信、积分成像系统以及波前整形等多个领域都展现出了巨大的潜力。然而，随着相关应用的不断拓展，对 LCMLA 响应速度的要求也越来越高。
传统的向列相液晶（Nematic Liquid Crystals，NLCs）本征响应速度较慢，例如一个 10μm 厚的 E7 液晶盒，其典型的衰减时间约为 200ms，远远无法满足快速响应的迫切需求。为了实现快速响应，研究人员尝试了多种方法。像采用多层液晶结构，虽然能达到一定的响应速度提升，但会增加整个器件的厚度；在液晶中掺杂导电材料，又会面临材料团聚、需要额外分散剂且影响器件稳定性，以及材料颜色影响器件透光率等问题；基于双频液晶（Dual - Frequency LC，DFLC）开发的液晶透镜，存在高频导致介电加热，进而使交叉频率偏移、性能下降的情况；蓝相液晶（Blue Phase LC，BPLC）透镜虽然具有一些优势，但工作温度范围窄，相动态范围仅为 NLCs 的三分之一；铁电液晶（Ferroelectric LC，FLC）透镜虽然响应时间能达到微秒级，但存在缺陷和取向等问题难以解决；聚合物网络液晶（Polymer Network Liquid Crystal，PNLC）微透镜阵列虽然动态范围大、响应时间快，可聚合物带来的散射问题和高电压需求又限制了其实际应用。
在这样的背景下，为了攻克这些难题，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们利用表面引发聚合（Surface - Initiated Polymerization，SIP）技术和环形阵列图案化电极，制备出了聚合物刷稳定液晶（Polymer Brush - Stabilized Liquid Crystal，PBSLC）微透镜阵列。研究结果令人惊喜，这种 PBSLC 微透镜阵列表现出了低散射和快速响应的特性，在光通信、快速切换显示、光束转向和自适应光学等领域都展现出了巨大的应用潜力。该研究成果发表在了《Displays》上。
研究人员开展此项研究主要运用了以下关键技术方法：首先是表面引发聚合（SIP）技术，通过在基底表面建立聚合起始位点，实现单体在表面附近的原位聚合，聚合完成后聚合物在表面聚集形成聚合物刷；其次是采用环形阵列图案化电极，通过蚀刻平面 ITO 电极得到，该电极能在液晶盒内快速形成梯度折射率（GRIN）的 LCMLA 。
研究结果
- 器件结构和原理验证：研究人员通过一组对比实验，对 PBSLC 微透镜阵列和传统 PNLC 微透镜阵列进行比较，验证了 SIP 在减少聚合物散射问题方面的作用。实验使用的液晶盒由图案化电极基底和平板电极基底组成，图案化电极可使液晶盒内快速形成梯度折射率的 LCMLA。
- 器件性能研究：图案化电极是蚀刻有环形阵列图案的氧化铟锡（ITO）玻璃基底，其独特的结构能在施加电压时，在液晶层中诱导出梯度折射率分布。最终制备出的 PBSLC 微透镜阵列表现出色，雾度仅为 13.8%，相比传统 PNLC 微透镜阵列具有更高的透光率，响应时间为 2.32ms 。
研究结论和讨论
研究人员成功制备出了低散射、快速响应的 PBSLC 微透镜阵列。与传统 PNLC 器件不同，PBSLC 中的聚合物以聚合物刷的形式分布在基底表面，显著减少了光散射。通过对比相同结构的 PNLC 和 PBSLC 微透镜阵列的光电性能，证实了 PBSLC 不仅响应速度快，而且成像性能更好。这一研究成果意义重大，它为光学通信、快速切换显示、光束转向和自适应光学等领域提供了新的技术方案，有望推动这些领域的进一步发展，让相关技术在实际应用中更加高效、稳定，为人们的生活和科技进步带来更多便利和创新。
