[發明專利]光致聚合物組合物、反射式衍射光柵及其制備方法

有效

• 申請號: 201911001090.5
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN112759701B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 邱毅偉;魏一振;張卓鵬
• 申請（專利權）人: 杭州光粒科技有限公司
• 主分類號: C08F220/30
• 分類號: C08F220/30;C08F220/24;C08F218/10;C08F222/14;C08F226/10;C08F2/48;G03F7/027;G02B5/18
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及光致聚合物組合物、反射式衍射光柵及其制備方法，所述組合物包括如下組分：書寫單體，基質單體，以及光引發劑體系，所述書寫單體包括折射率為1.55以上的丙烯酸酯類單體和/或環氧類化合物，并且，所述書寫單體的平均官能團數為大于2；所述基質單體包括折射率為1.5以下的可聚合單體。

技術領域

本發明屬于光學材料和設備領域，具體涉及光致記錄材料及其形成的反射式衍射光柵，特別指用于全息記錄的光致聚合物組合物、反射式衍射光柵及其制備方法或者是使用光致聚合物形成的全息記錄體系。

背景技術

全息光致聚合物(photopolymer)廣泛應用于3D顯示、安全防偽和數據存儲等高科技領域。增強現實(AR)設備的興起，激發了人們對使用光致聚合物制作全息圖的興趣。

光波導器件是AR領域中的一項關鍵技術。目前，行業普遍采用光刻技術制造光波導器件。光刻技術設備要求很高，開發周期長、費用高。相比之下，光致聚合物只需要一步全息曝光就能完成，工藝簡單、成本低，因此具有廣闊的應用前景。

光致聚合物組合物主要有單體、基質和引發劑組成。全息記錄時，兩束相干光在光致聚合物中產生明暗相間的條紋。亮區中書寫單體在引發劑作用下發生聚合，此時書寫單體向亮區聚集，而基質單體逐漸向暗區聚集；亮區和暗區的不同種類單體濃度差使導致發生相分離，隨著單體的遷移，在亮區和暗區形成折射率差即折射率調制度(Δn)。如一些文獻所指出的那樣，Δn的大小決定了光致聚合物光柵產品的性能，是光致聚合物光柵的重要性能參數。

通常認為，經過將光致聚合物組合物膜固化而得到的光柵的Δn由組合物中單體相分離程度和折射率共同決定。單體相分離程度跟體系粘度直接相關，光聚合時體系粘度越小越有利于單體的遷移。進一步，本領域中使用光致聚合物組合物形成的光柵分為透射式衍射光柵以及反射式衍射光柵。通常情況下，反射式光柵周期小于透射式光柵。比如，532nm曝光時透射式衍射光柵的周期為230nm以上，而反射時衍射光柵的周期為230nm以下。也就是說，在透射式衍射光柵的曝光中，由于光柵周期相對較長，因此，導致相分離的單體遷移(例如書寫單體從暗區向亮區遷移)的距離較長，導致得到的最終的光柵的Δn相對于反射式衍射光柵要小。

另外，雖然反射式衍射光柵理論上能夠獲得相對于透射式光柵更高的折射率調制度，但從現有的制備這些反射式衍射光柵的光致聚合物組合物的組成來看，可能更為復雜，通常需要借助成膜劑或者基體聚合物等組分來實現光柵結構的制備。而成膜劑和基體聚合物的存在也限制了書寫單體的遷移。

目前杜邦公司(US5013632，US5098803，US4950567，US4959284，US4987230，US4994347，US5292620，US5402514)，寶麗來公司，佳能公司，富士公司和科思創公司(CN107223121A，CN102667934B，CN102667936B)等都推出了各自研發的光敏/光致聚合物全息記錄材料。

引用文獻1公開了拜爾(Bayer)公司開發的光致聚合物材料，該材料為一種聚氨酯組合物，所述組合物包含寫入單體組分和作為寫入單體基質的聚合物或相應基質前體，所述寫入單體組分包含占所述聚氨酯組合物總重的至少10％重量的一種或多種特定結構的不飽和尿烷作為寫入單體。

引用文獻2公開了一種利用陽離子開環聚合的方法制備了光致聚合物。

此外，液相的體系光致聚合物有利于單體擴散。如引用文獻3所述的那樣，采用二季戊四醇戊-/己-丙烯酸(DPHA)和三(4-羥基苯基)甲烷三縮水甘油基醚(TPMTG)為書寫單體，不含成膜組分。全息曝光后形成周期分布的富DPHA相和富TPMTG相反射式光柵，空間分辨率達到7400line/mm。但是其Δn較小，僅為0.0014。

可見，雖然本領域中反射式衍射光柵已經進行了一定程度的研究，但上述多數產品仍然存在折射率調制度不夠高和/或角度選擇性不夠大的問題。

引用文獻：