專利名稱：一種聚合物-液晶復合光柵及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬電光功能材料制備領域，具體涉及一種聚合物-液晶復合光柵及其制備 方法
背景技術：
現(xiàn)有技術公開了介電常數(shù)具有正弦型調(diào)制的Bragg體光柵具有很高的衍射效率， 滿足Bragg條件的入射光線理論上衍射效率可達100% .衍射效率與入射波長，入射角，體 材料折射率調(diào)制深度(Δη)，及體光柵的厚度等參數(shù)有關。聚合物-液晶復合材料作為一種電光功能材料，由于其可電控的光學性質(zhì)，早已 被應用于制備Bragg體光柵的研究中.但是實踐顯示存在如下問題其總體效果一直不夠 好.主要表現(xiàn)在衍射效率不高，小于85% .散射損耗大等，以及驅(qū)動電壓高，超過lSV/ym寸。上述問題存在的主要原因一是通常的全息制備方法中對光柵形成工藝參數(shù)控制 不夠好，如曝光強度和曝光時間.從而容易形成較大的液晶微滴。另外，驅(qū)動電壓過高，通 常認為是液晶與聚合物的相分離不好，所形成的光柵結構中的液晶區(qū)存在聚合物及殘余的 單體。Caputo等報導的透射式光柵的衍射效率達到98%，光開關控制電壓為5V/ym[].該 研究通過將材料加熱到液晶清亮點以上作全息曝光，以形成所謂的聚合物-液晶層狀新結 構(P0LYCRYPS)，較好地實現(xiàn)了液晶與聚合物的相分離。根據(jù)目前通行的光致聚合的一維反應_擴散理論[Zhao]，單體的反應和擴散率都 會隨著反應中聚合物濃度的增加而呈指數(shù)下降.因此全息曝光過程的暗區(qū)(即富液晶區(qū)) 中會含有未反應和未充分擴散的單體[maji].可見目前這種傳統(tǒng)的全息曝光(所謂的一步 法one step)實現(xiàn)液晶-聚合相分離的光柵結構，存在單體反應和擴散的不完全性的先生 不足。即便是采用Caputo的1000秒的曝光時間，也不能說暗區(qū)中的單體就不存在了。于 是全息曝光后通常還要對樣品進行紫外均勻曝光(flood)，以消除光柵中殘余的單體。在這 一過程中衍射效率通常會有一定程度的下降.表明這些殘存(主要于液晶區(qū)中)的單體此 時得以聚合，其結果是一方面會改變既已形成的具有高衍射效率的聚合物-液晶光柵的 結構，另外也在富液晶區(qū)形成一些不致密的聚合物-液晶混和的網(wǎng)絡結構，從而增加了對 液晶的錨定強度。所以消除液晶區(qū)中殘存的單體，以避免形成聚合物分散液晶的混和結構將成為穩(wěn) 定器件性能并降低驅(qū)動電壓的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種新型聚合物_液晶復合光柵結 構，其光柵矢量方向保持(近)正弦型介電常數(shù)調(diào)制，并實現(xiàn)液晶層中不含未反應單體的 純相結構。該光柵結構將可以使衍射有效集中在一階上而消除高階損耗.同時液晶層的 純相結構可以使液晶體系在外場作用下靈活應變，達到降低錨定的作用，從而降低驅(qū)動電壓.并通過控制適當?shù)墓鈻藕穸纫赃_到相應的響應速度。本發(fā)明的聚合物-液晶復合光柵通過下述方法和步驟制備，采用由多官能團的丙 烯酸脂單體，膠聯(lián)劑，引發(fā)劑，協(xié)引發(fā)劑及向列相液晶組成的混和乳液為材料，將其封注于 由兩塊透明導電玻璃制成的液晶盒內(nèi)，將所述液晶盒置于綠色激光的干涉光場內(nèi)進行全息 曝光，準確控制曝光強度和時間，然后將液晶盒在暗室中浸于適當?shù)挠袡C溶劑中，靜置2-5 小時，然后再用適當強度的紫外光對其進行適當時間的均勻曝光，最后再在加熱臺上對液 晶盒進行液晶滴注，制得新型聚合物_液晶復合光柵結構。所制得的聚合物-液晶復合光柵的具有高衍射效率，快速驅(qū)動響應，和低的驅(qū)動 電壓。其光柵矢量方向保持(近)正弦型介電常數(shù)調(diào)制，并實現(xiàn)液晶層中不含未聚合反應 的單體的純相結構.該光柵結構將可以使衍射有效集中在一階上而消除高階損耗.同時液 晶層的純相結構可以使液晶體系在外場作用下靈活應變，達到降低錨定的作用，從而降低 驅(qū)動電壓，并通過控制適當?shù)墓鈻藕穸纫赃_到亞毫秒的響應速度.本發(fā)明的制備材料中，上述成分含量的重量百分比如下述所述的多官能團的丙烯酸脂單體采用三官能團的丙烯酸脂單體 trimethylolpropane triacrylate (TMPTA)，其成份含量為 35%-50%，優(yōu)選 35. 4% ；所述的膠聯(lián)劑采用N-乙烯基吡咯烷酮N-vinylpyrrollidone (NVP)其成份含量為 10% -15%，優(yōu)選 13% ；所述的引發(fā)劑采用四氯四碘熒光素鈉Rose Bengal (RB)，其成份含量為 0. 4% -0. 6%，優(yōu)選 0. 6% ；所述的協(xié)引發(fā)劑(4)采用N-苯基甘氨酸N-Phenylglycine(NPG),其成份含量為 0. 5% _1%，優(yōu)選 1%，所述的向列相液晶(5)采用R0-TN-570，或E7及與E7類似的混和液晶，其成份含 量為40% -60%，優(yōu)選50%。所述的液晶盒(6)由兩塊導電玻璃，襯墊及樹酯密封膠構成.盒厚為10_30μπι，優(yōu) 選 25 μ m。本發(fā)明中，先進行適量的全息曝光，以初步形成正弦型的聚合物-液晶復合光柵 結構，然后將富液晶區(qū)的液晶_單體_聚合物的混和物溶解清除，最后再在適當溫度下重新 灌注純凈的液晶；所述控制曝光時間為5-20秒，優(yōu)選為8秒，曝光時間由計算機控制。本發(fā)明中，將全息曝光后的液晶盒置于有機溶劑，將其中的液晶溶解除去，所述溶 劑為乙醇或丙酮。本發(fā)明中，將液晶盒加熱到液晶清亮點溫度之上，一般為50-70°C，進行液晶滴注。本發(fā)明中，全息制曝光過程中所用綠光為532nm波長的連續(xù)激光，每束激光的強 度為5毫瓦，液晶盒在暗室中靜置10分鐘后，用300瓦汞燈均勻曝光45秒。為了便于理解，以下將通過具體的實施方式對本發(fā)明進行詳細地描述。需要特別 指出的是，這些描述僅僅是示例性的描述，并不構成對本發(fā)明范圍的限制。
具體實施例方式實施例1采用下述重量百分比的多官能團的丙烯酸脂單體(TMPTA) 35.4%，膠聯(lián)劑N-乙烯基吡咯烷酮(NVP) 13%，引發(fā)劑四氯四碘熒光素鈉(RB)0.6%，協(xié)引發(fā)劑N-苯基甘氨酸 N-phenylglycine(NPG) 1%,向列相液晶R0-TN-57050%組成混和乳液，將其封注于由兩塊 透明導電玻璃制成的液晶盒內(nèi)，盒厚為25 μ m，將所述液晶盒置于綠色激光的干涉光場內(nèi)進 行全息曝光，所用綠光為532nm波長的連續(xù)激光，每束激光的強度為5毫瓦，控制曝光時間 為5-20秒，曝光時間由計算機控制，然后將液晶盒在暗室中浸于有機溶劑乙醇或丙酮中， 靜置2-5小時，然后再用用300瓦汞燈均勻曝光45秒，最后再在加熱臺上對液晶盒進行液 晶滴 注，加熱溫度為50-70°C，制得新型聚合物-液晶復合光柵結構。
權利要求
一種聚合物-液晶復合光柵，其特征是通過下述方法和步驟制備采用由多官能團的丙烯酸脂單體，膠聯(lián)劑，引發(fā)劑，協(xié)引發(fā)劑及向列相液晶組成的混和乳液為制備材料，將其封注于由兩塊透明導電玻璃制成的液晶盒內(nèi)，將所述液晶盒置于綠色激光的干涉光場內(nèi)進行全息曝光，準確控制曝光強度和時間，然后將液晶盒在暗室中浸于有機溶劑中，靜置2-5小時后，用紫外光對其進行均勻曝光，最后在加熱臺上對液晶盒進行液晶滴注，制得聚合物-液晶復合光柵。
2.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的聚合物_液晶復合光 柵結構，其光柵矢量方向保持正弦型介電常數(shù)調(diào)制，并實現(xiàn)液晶層中不含未聚合反應的單 體的純相結構。
3.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的制備材料中多官能團 的丙烯酸脂單體為三官能團的丙烯酸脂單體，其重量百分比為35% -50%。
4.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的制備材料中膠聯(lián)劑為 N-乙烯基吡咯烷酮，其重量百分比為10% -15%。
5.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的制備材料中引發(fā)劑為 四氯四碘熒光素鈉，其重量百分比為0. 4% -0. 6%。
6.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的制備材料中協(xié)引發(fā)劑 為N-苯基甘氨酸，其重量百分比為0. 5% -1%。
7.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的制備材料中向列相液 晶選自R0-TN-570或E7或與E7類似的混和液晶，其重量百分比為40% -60%。
8.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的液晶盒由兩塊導電玻 璃，襯墊及樹酯密封膠構成；盒厚為10-30 μ m。
9.按權利要求1所述的聚合物_液晶復合光柵，其特征是所述的控制曝光時間為5-20秒。
10.按權利要求1所述的聚合物-液晶復合光柵，其特征是所述的有機溶劑為乙醇或丙酮。
11.按權利要求1所述的聚合物-液晶復合光柵，其特征是所述的液晶盒在加熱臺上的 加熱溫度為50-70°C。
全文摘要
本發(fā)明屬電光功能材料制備領域，具體涉及一種聚合物-液晶復合光柵及其制備方法。本發(fā)明采用由多官能團的丙烯酸脂單體，膠聯(lián)劑，引發(fā)劑，協(xié)引發(fā)劑及向列相液晶組成的混和乳液為制備材料，將其封注于由兩塊透明導電玻璃制成的液晶盒內(nèi)，將所述液晶盒置于綠色激光的干涉光場內(nèi)進行全息曝光，準確控制曝光強度和時間，然后將液晶盒在暗室中浸于有機溶劑中，靜置2-5小時后，用紫外光對其進行均勻曝光，最后在加熱臺上對液晶盒進行液晶滴注，制得高衍射效率，快速驅(qū)動響應，和低的驅(qū)動電壓的聚合物-液晶復合光柵。
文檔編號G02F1/31GK101825800SQ200910047118
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權日2009年3月6日
發(fā)明者劉建華, 尹德金, 戴海濤, 蒲海輝, 高洪躍 申請人:復旦大學