一种高效聚合物-液晶复合光栅及其制备方法 【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。
本发明制备方法中，曝光时间控制在5-20秒；
本发明制备方法中，所述有机溶剂为乙醇或丙酮；
本发明制备方法中，所述的加热台上导电玻璃加热到液晶清亮点温度之上，一般为50-70℃，进行液晶滴注；
本发明制备方法中，所述的在导电玻璃上加的间隔为塑料或玻璃衬垫，粒径10-30μm。
本发明制备方法中，所述的封匡盒的盒厚25μm。
本发明的制备方法适用于平面工艺，尤其是平面旋涂工艺，可进行规模化生产。
为了便于理解，以下将通过具体的实施方式对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，这些描述仅仅是示例性的描述，并不构成对本发明范围的限制。
【具体实施方式】
实施例1
采用下述含量重量百分比的三官能团的丙烯酸脂单体(TMPTA).其含量为50％，胶联剂N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)20％，引发剂四氯四碘荧光素钠(RB)0.4％，协引发剂N-苯基甘氨酸(NPG)0.5％，组成混和乳液，首先分别平面旋涂涂布在两块导电玻璃表面上，然后分别将其置于绿色激光的干涉光场内进行全息曝光，控制曝光强度和曝光时间为5-20秒，然后将两块导电玻璃在暗室中浸于有机溶剂乙醇或丙酮中，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，所述液晶采用RO-TN-570，或E7及与E7类似的混和液晶；导电玻璃加热到液晶清亮点温度之上，温度为50-70℃，再在该导电玻璃上加粒径10-30μm的塑料或玻璃衬垫间隔，最后将另一块导电玻璃盖于其上，并封匡成厚25μm的盒，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。
实施例2
采用下述含量重量百分比的三官能团的丙烯酸脂单体(TMPTA).其含量为80％，胶联剂N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)30％，引发剂四氯四碘荧光素钠(RB)0.6％，协引发剂N-苯基甘氨酸(NPG)1％，组成混和乳液，首先分别平面旋涂涂布在两块导电玻璃表面上，然后分别将其置于绿色激光的干涉光场内进行全息曝光，控制曝光强度和曝光时间为5-20秒，然后将两块导电玻璃在暗室中浸于有机溶剂乙醇或丙酮中，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，所述液晶采用RO-TN-570，或E7及与E7类似的混和液晶；导电玻璃加热到液晶清亮点温度之上，温度为50-70℃，再在该导电玻璃上加粒径10-30μm的塑料或玻璃衬垫间隔，最后将另一块导电玻璃盖于其上，并封匡成厚25μm的盒，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。
实施例3
采用下述含量重量百分比的三官能团的丙烯酸脂单体(TMPTA).其含量为70％，胶联剂N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)28.4％，引发剂四氯四碘荧光素钠(RB)0.6％，协引发剂N-苯基甘氨酸(NPG)1％，组成混和乳液，首先分别平面旋涂涂布在两块导电玻璃表面上，然后分别将其置于绿色激光的干涉光场内进行全息曝光，控制曝光强度和曝光时间为5-20秒，然后将两块导电玻璃在暗室中浸于有机溶剂乙醇或丙酮中，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，所述液晶采用RO-TN-570，或E7及与E7类似的混和液晶；导电玻璃加热到液晶清亮点温度之上，温度为50-70℃，再在该导电玻璃上加粒径10-30μm的塑料或玻璃衬垫间隔，最后将另一块导电玻璃盖于其上，并封匡成厚25μm的盒，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。