[发明专利]一种高效聚合物-液晶复合光栅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属电光功能材料制备领域，具体涉及一种高效聚合物-液 晶复合光栅及其制备方法。

背景技术

本领域公知，介电常数具有正弦型调制的Bragg体光栅具有很 高的衍射效率，衍射效率与入射波长，入射角，体材料折射率调制 深度(Δn)，及体光栅的厚度等参数有关。满足Bragg条件的入射光 线理论上衍射效率可达100％。

聚合物-液晶复合材料作为一种电光功能材料，由于其可电控的 光学性质，已被应用于制备Bragg体光栅的研究中，但是其总体效果 尚不理想。主要表现在衍射效率不高，小于85％.散射损耗大等，以 及驱动电压高，超过18V/μm等。

上述问题存在的主要原因一是通常的全息制备方法中对光栅形 成工艺参数控制不够好，如曝光强度和曝光时间。从而容易形成较 大的液晶微滴。另外，驱动电压过高，通常认为是液晶与聚合物的 相分离不好，所形成的光栅结构中的液晶区存在聚合物及残余的单 体。Caputo等报导的透射式光栅的衍射效率达到98％，光开关控制 电压为5V/μm[]，其中，通过将材料加热到液晶清亮点以上作全息曝 光，以形成所谓的聚合物-液晶层状新结构(POLYCRYPS)，较好地实 现了液晶与聚合物的相分离。

根据目前通行的光致聚合的一维反应-扩散理论[Zhao]，单体的 反应和扩散率都会随着反应中聚合物浓度的增加而呈指数下降.因 此全息曝光过程的暗区(即富液晶区)中会含有未反应和未充分扩散 的单体[maji]。可见目前这种传统的全息曝光(所谓的一步法one step)实现液晶-聚合相分离的光栅结构，存在单体反应和扩散的不 完全性的先生不足.即便是采用Caputo的1000秒的曝光时间，也不 能说暗区中的单体就不存在了。于是全息曝光后通常还要对样品进行 紫外均匀曝光(flood)，以消除光栅中残余的单体。在该过程中衍射 效率通常会有一定程度的下降.表明这些残存(主要于液晶区中)的 单体此时得以聚合，其结果是一方面会改变既已形成的具有高衍射 效率的聚合物-液晶光栅的结构，另外也在富液晶区形成一些不致密 的聚合物-液晶混和的网络结构，从而增加了对液晶的锚定强度。

鉴于上述问题，消除液晶区中残存的单体，以避免形成聚合物分 散液晶的混和结构将成为稳定器件性能并降低驱动电压的关键。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效率低驱动快 响应的聚合物-液晶复合光栅结构。其光栅矢量方向保持(近)正弦型 介电常数调制，并实现液晶层中不含未聚合反应的单体的纯相结构. 该光栅结构将可以使衍射有效集中在一阶上而消除高阶损耗.同时 液晶层的纯相结构可以使液晶体系在外场作用下灵活应变，达到降 低锚定的作用，从而降低驱动电压.并通过控制适当的光栅厚度以 达到相应的响应速度。

本发明的高效聚合物-液晶复合光栅通过下述方法和步骤制备，

采用由多官能团的丙烯酸脂单体，胶联剂，引发剂，协引发剂 组成的混和乳液及向列相液晶为制备材料。首先分别在两块导电玻璃 表面涂布上述可光致聚合的混和乳液，然后分别将其置于绿色激光 的干涉光场内进行全息曝光，准确控制曝光强，度和时间，然后将两 块导电玻璃在暗室中浸于适当的有机溶剂中，静置10-20分钟.将未 反应的单体溶解清除，然后再用适当强度的紫外光对其进行适当时间 的均匀曝光，再在加热台上对一块导电玻璃上液晶滴注，再在该导 电玻璃上加间隔，最后将另一块导电玻璃盖于其上，并封匡成盒， 盒厚25μm，所制得的聚合物-液晶复合光栅的具有高衍射效率，快速 驱动响应，和低的驱动电压。

本发明的制备材料中，上述成分含量的重量百分比如下述：

所述的多官能团的丙烯酸脂单体采用三官能团的丙烯酸脂单体 trimethylolpropane triacrylate(TMPTA).其成份含量为50％-80％，

所述的胶联剂采用N-乙烯基吡咯烷酮N-vinylpyrrollidone (NVP)其成份含量为20％-30％，

所述的引发剂采用四氯四碘荧光素钠Rose Bengal(RB)，其成 份含量为0.4％-0.6％，

所述的协引发剂采用N-苯基甘氨酸N-phenylglycine(NPG)，其 成份含量为0.5％-1％，

所述的向列相液晶采用RO-TN-570，或E7及与E7类似的混和液 晶。