光致聚合物组合物、光栅及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于衍射光栅的光致聚合物组合物、衍射光栅及其制备方法，所述组合物包括如下组分：环氧化合物；丙烯酸酯类单体；成膜组分；增塑剂；以及光引发剂和共引发剂。所述环氧化合物其具有如下通式(I)的结构；

【技术实现步骤摘要】
光致聚合物组合物、光栅及其制备方法
本专利技术属于光学材料和设备领域，具体涉及光致记录材料及其形成的光栅，特别指用于全息记录的光致聚合物组合物、光栅及其制备方法或者使用光致聚合物的全息记录体系。
技术介绍
光敏/光致聚合物材料利用不可逆的光聚合反应产生的材料折射率变化进行全息记录。在典型的加工方式中，在通过可见光激光照射光致聚合物组合物形成元件时，用于全息记录的光致聚合物组合物中的单体通过聚合反应而形成(固化的)聚合物。其结果，可以在光致聚合物组合物形成的元件中产生能够形成干涉图案的结构特征。与此同时，通过对折射率的调制，使得可以形成具有高衍射效率的相位全息图。光敏/光致聚合物材料具有高灵敏度、高分辨率、高信噪比、成本低廉、加工工艺简单等特点，是体全息器件领域最有潜力的记录材料之一。目前，国内外光致聚合物产业主要分为两大类，一类是以美国杜邦(DuPond)公司为代表的采用光引发自由基的聚合体系，其材料具有灵敏度高、光谱响应宽、储存时间长等优点，但是由于在成膜工艺中必须使用溶剂，成膜树脂较软，收缩率相对较大。此外，另一类光致聚合物是以美国宝丽来(Polaroid)公司为代表的光引发阳离子聚合体系，与自由基聚合体系材料相比，其易受环境的影响，且存在较大的暗反应。虽然传统的光致聚合物材料在性能和制备工艺上与其他全息材料相比有所突破，但记录过程聚合物材料本身所具有的明显尺寸收缩性仍是一个令人头疼的问题，聚合、固化后导致的尺寸方面的收缩将会导致记录的衍射光栅变形，从而恶化衍射成像效果。尤其是在制备反射式衍射光栅时，由于光栅周期(通常为230nm以下)相对于透射式衍射光栅周期(通常为230nm以上)小，因此，尺寸收缩所造成的光栅性能的恶化更为严重。通常，现有的光致聚合物的尺寸收缩率已经可以被控制在1％～5％的范围内。可以列举的例如:引用文献1公开了拜尔(Bayer)公司开发的光致聚合物材料，该材料为一种聚氨酯组合物，所述组合物包含写入单体组分和作为写入单体基质的聚合化合物或相应基质前体，所述写入单体组分包含占所述聚氨酯组合物总重的至少10％重量的一种或多种特定结构的不饱和尿烷作为写入单体。通过该聚氨酯组合物的使用，可以将材料的尺寸收缩率控制在小于1.1％。引用文献2公开了一种新的补偿方法，以物理校正全息记录和后烘烤产生的收缩效应。研究了杜邦光致聚合物材料，并通过表面法线配置成功地对由5.25％的膜收缩引起的布拉格衍射角偏移进行了校正。另一方面，引用文献3公布了一种利用阳离子开环聚合的方法制备了收缩率为0.12％-1.3％的光致聚合物，但最大衍射效率仅为75％。可见，虽然现有技术中对于全息记录光学元件中使用的光敏/光致聚合物材料已经进行了一定程度的改进，但对于尺寸收缩的抑制以及衍射效率的提升，仍然有进一步研究的空间。引用文献：引用文献1：EP2172505B1引用文献2：ChunheZhao；ProceedingsVolume3005,OptoelectronicInterconnectsandPackagingIV；(1997)引用文献3：US9874811B2
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对本领域上述存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于衍射光栅、尤其是适用于反射型衍射光栅的光致聚合物组合物，其相比于现有的全息记录光致聚合物材料具有同时改善的尺寸收缩性以及衍射效率，并且具有较宽的角度选择性。此外，根据本专利技术所提供的上述光致聚合物组合物得到的反射式衍射光栅不仅具有高衍射效率、高透明度、高折射率调制度、低收缩率的优势，而且制作工艺简单，原材料便宜易得。用于解决问题的方案根据本专利技术专利技术人的潜心研究，发现通过以下技术方案的实施，能够解决上述技术问题：[1].本专利技术首先提供了一种用于衍射光栅的光致聚合物组合物，所述组合物包括如下组分：环氧化合物，其具有如下通式(I)的结构；其中，E表示含有环氧基的基团，n为0～4的整数，并且，每个E相同或不同；每个Ar相同或不同，独立地表示含有芳基的基团；-C(R1R2)-形成羰基，或者，R1、R2相同或不同，独立地表示氢原子、碳原子数为6～30的芳基或者表示碳原子数为1～10的烷基或烷氧基，并且R1、R2可以通过单键键合；丙烯酸酯类单体；成膜组分；增塑剂；以及光引发剂和共引发剂。[2].根据[1]所述的组合物，所述通式(I)中，Ar含有1或2个芳基；E为含有醚结构的环氧基团。[3].根据[1]或[2]所述的组合物，所述环氧化合物的折射率为1.55以上。[4].根据[1]～[3]任一项所述的组合物，所述环氧化合物具有如下通式(II)的结构：其中，R1和R2与通式(I)具有相同的定义；每个R3相同或不同，独立地选自氢、卤素以及碳原子数为1～5的烷基，x为0～4的整数。[5].根据[1]～[4]任一项所述的组合物，所述丙烯酸酯类单体具有1.55以上的折射率或具有3个以上官能团的丙烯酸酯类单体。[6].根据[1]～[5]任一项所述的组合物，以所述组合物的总重量计，所述环氧化合物的含量为10～40％。[7].进一步，本专利技术还提供了一种光栅，所述光栅包括具有光栅结构的聚合物膜，所述聚合物膜为根据以上[1]～[6]任一项所述的组合物固化而得到。[8].此外，本专利技术还提供了一种光栅的制备方法，所述方法包括如下步骤：混合的步骤，将根据以上[1]～[6]任一项所述的组合物混合而得到混合体；形成光栅结构的步骤，将所述混合体成膜并在所述膜的至少部分位置上形成光栅结构，其中，在所述形成光栅的步骤中，包括使用相干光对所述膜进行曝光的步骤。[9].根据[8]所述的方法，在所述形成光栅的步骤中，包括使用间隔子与所述混合体复合的步骤。[10].根据[8]或[9]所述的方法，所述相干光源自于可见光。[11].另外，本专利技术也提供了一种全息光波导显示元件，其包括根据以上[7]所述的光栅或者根据以上[8]～[10]任一项所述的方法得到的光栅。专利技术的效果通过以上技术方案的实施，本专利技术能够获得以下技术效果：(1)通过本专利技术的光致聚合物组合物而制备的光栅，尤其是反射式衍射光栅，不仅具有高折射率调制度、高透明度也同时具有高衍射效率、低收缩率的优势以及较宽的角度选择性；(2)本专利技术的光致聚合物组合物以及光栅制作工艺简单，原材料便宜易得，易于大规模工业生产；(3)本专利技术制备的光栅具有优异的光波导成像效果。附图说明图1为本专利技术光致聚合物反射式衍射光栅的结构示意图；图2为对称式反射式衍射光栅的拍摄光路示意图；图3为不对称式反射式衍射光栅的拍摄光路示意图；图4为实施例1中曝光形成的反射式衍射光栅的照片；图5为实施例2得到的反射式衍射光栅的衍射效率示意图；...

【技术保护点】
1.一种用于衍射光栅的光致聚合物组合物，其特征在于，所述组合物包括如下组分：/n环氧化合物，其具有如下通式(I)的结构；/n

【技术特征摘要】
1.一种用于衍射光栅的光致聚合物组合物，其特征在于，所述组合物包括如下组分：
环氧化合物，其具有如下通式(I)的结构；



其中，E表示含有环氧基的基团，n为0～4的整数，并且，每个E相同或不同；每个Ar相同或不同，独立地表示含有芳基的基团；-C(R1R2)-形成羰基，或者，R1、R2相同或不同，独立地表示氢原子、碳原子数为6～30的芳基或者表示碳原子数为1～10的烷基或烷氧基，并且R1、R2可以通过单键键合；
丙烯酸酯类单体；
成膜组分；
增塑剂；以及
光引发剂和共引发剂。


2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述通式(I)中，Ar含有1或2个芳基；E为含有醚结构的环氧基团。


3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述环氧化合物的折射率为1.55以上。


4.根据权利要求1～3任一项所述的组合物，其特征在于，所述环氧化合物具有如下通式(II)的结构：



其中，R1和R2与通式(I)具有相同的定义；每个R3相同或不同，独立地选自氢、卤素以及碳原子数为1～5的烷基，x为0～4的整数。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：元梦琪，魏一振，张卓鹏，
申请(专利权)人：杭州光粒科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33