光致聚合物组合物以及光栅制造技术

本发明专利技术涉及一种光致聚合物组合物以及光栅，其中所述光致聚合物组合物包括：单体、交联剂、成膜组分、光引发剂体系以及溶剂；所述单体包括如下通式(I)的结构，其中：Q每次出现时，相同或不同，独立地表示包含环氧基或(甲基)丙烯酰基的基团；n每次出现时，相同或不同，表示0～3的整数，且n的总数不为0；X每次出现时，相同或不同，独立地表示杂原子；Y表示杂原子或烃基基团；Ar每次出现时，相同或不同，独立地表示含有芳基的基团，并且，以所述组合物的总质量计，所述单体的含量为8～25％。所述单体的含量为8～25％。所述单体的含量为8～25％。所述单体的含量为8～25％。

【技术实现步骤摘要】
光致聚合物组合物以及光栅


[0001]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、基于该组合物的光栅以及使用光致聚合物的全息记录体系。

技术介绍

[0002]传统的全息记录材料包括银盐材料、重铬酸盐明胶以及光折变晶体等。虽然这些传统全息记录材料的工艺已经很成熟，但是后处理工序非常的繁琐，并且对湿度、空气较为敏感，限制了其作为全息记录材料的应用前途。
[0003]光致聚合物材料也是一类全息记录材料，该材料体系一般包含光引发体系、活性单体(一种或多种组合)、成膜剂等。记录光照射聚合物后，染料被光子激发，随后与引发剂相互作用产生自由基或离子引发单体分子发生聚合反应。其中，曝光的区域单体聚合后浓度降低，与暗区形成单体浓度梯度，使得暗区的单体向亮区扩散，并使聚合物在亮区富集。最后通过均匀曝光处理进行定影，使残余的单体完全聚合，最终在介质内形成位相型全息图。整个工艺流程无需复杂的后处理工序，就可以达到高衍射效率、高折射率调制度、高透明度等光学性能指标。
[0004]光波导器件是显示增强技术的显示设备、汽车或飞行器的抬头显示(HUD)设备领域中的一项关键技术。光致聚合物材料经过曝光褪色可制作成光波导光学元件。光波导光学元件用于制作增强现实设备的显示装置，具有轻薄、制作工艺简单、容易量产、价格便宜等优势。为达到增强现实设备的成像需求，光致聚合物材料需要满足以下特点：高衍射效率、高折射率调制度、透明度高、无色(对光吸收少)、雾度小等特点。
[0005]目前杜邦公司(US4950567，US4959284，US4987230，US4994347)，宝丽来公司，富士公司和科思创公司(CN107223121A，CN102667934B，CN102667936B)等都推出了各自研发的光致聚合物全息记录材料，但其中多数材料体系都存在折射率调制度不够高的问题。
[0006]此外，这些光致聚合物材料在记录过全息图以后，需要进行热处理，处理过程中光致聚合物的膨胀和收缩都会引起已记录的全息图条纹发生变形，甚至损坏全息图，限制了这些材料的应用前景。
[0007]引用文献1公开了一种光致聚合物材料，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％。
[0008]引用文献2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％。
[0009]引用文献3公开了一种反射全息薄膜，其反射效率可升高至99.9％，且折射率调制为0.0763，然而，该技术并未关注薄膜的透光性，并且采用了纳米复合预聚体，增加了制造成本，也存在薄膜雾度恶化的担忧。
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。
[0033][4].根据[1]～[3]任一项所述的组合物，所述通式(I)中Ar独立地表示含有苯基的基团。
[0034][5].根据[1]～[4]任一项所述的组合物，所述通式(I)中X独立表示氧原子或硫原子。
[0035][6].根据[1]～[5]任一项所述的组合物，所述通式(I)表示的单体具有1.57以上的折射率。
[0036][7].根据[1]～[6]任一项所述的组合物，所述交联剂包括官能团数为3以上的丙烯酸酯类化合物。
[0037][8].根据[7]所述的组合物，所述丙烯酸酯类化合物在25℃时具有6000cps以下的粘度。
[0038][9].根据[1]～[8]任一项所述的组合物，以所述组合物的总质量计，所述溶剂的含量为45～65％。
[0039][10].进一步，本专利技术也提供了一种衍射光栅，其包括具有光栅结构的树脂膜，所述树脂膜为根据以上[1]～[9]任一项所述的组合物固化而得到。
[0040][11].此外，本专利技术还提供了一种全息光波导显示元件，其包括根据以上[10]所述的衍射光栅。
[0041]专利技术的效果
[0042]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：
[0043](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，在具备高衍射效率、和玻璃一样的高透光率和低雾度，以及低收缩率的基础上，也具有较高的折射率调制度，尤其适用于汽车HUD、飞行器HUD、AR眼镜等；
[0044](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；
[0045](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
[0046]图1：本专利技术一个具体的实施方案中全息衍射光栅元件的结构；
[0047]图2：本专利技术一个具体的实施方案中衍射光栅的拍摄光路示意图；
[0048]图3：本专利技术实施例1中衍射效率/光透过率-角度曲线；
[0049]图4：本专利技术实施例2中衍射效率/光透过率-角度曲线；
[0050]图5：本专利技术对比例2中衍射效率/光透过率-角度曲线
具体实施方式
[0051]以下，针对本专利技术的内容进行详细说明。以下所记载的技术特征的说明基于本专利技术的代表性的实施方案、具体例子而进行，但本专利技术不限定于这些实施方案、具体例子。需要说明的是：
[0052]本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包含端点数值A、B的范围。
[0053]本说明书中，使用“以上”或“以下”表示的数值范围是指包含本数的数值范围。
[0054]本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。
[0055]本说明书中，使用“任选”或“任选的”表示某些物质、组分、执行步骤、施加条件等因素使用或者不使用。
[0056]本说明书中，所使用的单位名称均为国际标准单位名称，并且如果没有特别声明，所使用的“％”均表示重量或质量百分含量。
[0057]本说明书中，所使用的“粒径”如果没有特别声明，均指“平均粒径”，可以通过商用粒度仪进行测量。
[0058]本说明书中，所使用的“丙烯酸酯”包括了“(甲基)丙烯酸酯”以及“丙烯酸酯”的含义。
[0059]本说明书中，使用“附近”对某种波长的光进行描述，可以理解的是，对于特定波长，由于仪器误差等原因，可能在使用时与理论值产生一些误差，因此，使用“附近”来表示本专利技术所定义的各种类型的波长包括了仪器误差等的情况。
[0060]本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：单体、交联剂、成膜组分、光引发剂体系以及溶剂；所述单体包括如下通式(I)的结构，其中：Q每次出现时，相同或不同，独立地表示包含环氧基或(甲基)丙烯酰基的基团，n每次出现时，相同或不同，独立地表示0～3的整数，且n的总数不为0；X每次出现时，相同或不同，独立地表示杂原子；Y表示杂原子或烃基基团；Ar每次出现时，相同或不同，独立地表示含有芳基的基团，并且，以所述组合物的总质量计，所述单体的含量为8～25％。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Y表示氧原子或硫原子。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述通式(I)中Y为-C(R1R2)-表示的结构，其中，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。4.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：