專(zhuān)利名稱(chēng)：用于可調(diào)衍射光柵(tdg)調(diào)制器的聚合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于US6897995描述的全內(nèi)反射(TOO原理的可調(diào)衍射光柵 (TDG)光學(xué)片領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TDG片應(yīng)用的領(lǐng)域的實(shí)例是電信(光通信)(圖A)和顯示器(圖2)，兩個(gè) 市場(chǎng)對(duì)允許高成品率大規(guī)模生產(chǎn)的價(jià)格有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)表現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的需 求，從而為終端用戶提供新的產(chǎn)品禾口服務(wù)。
TDG的工作原理是借助由基板上的電極施加的電場(chǎng)的MK膜的面調(diào)律U。對(duì) TDG調(diào)制器功能更詳細(xì)的描述例如可參見(jiàn)US6897995 (詳細(xì)的在圖3)。 ？ 可 以是任何具有合適的膨脹劑的高分子網(wǎng)狀物。即使明膠凝膠已經(jīng)被報(bào)道了起作 用，但是明顯的受到纟鵬范圍和壽命柳艮制。目前為止最有前途的凝膠系是硅 凝膠，更準(zhǔn)確的是聚二甲基硅m^凝膠，例如WO01/48531給出的例子。
本發(fā)明涉及的TDG調(diào)制器，是基于入射光在界面聚合物凝膨空氣中的全內(nèi) 反射。該結(jié)構(gòu)與其它公知的、基于夾在兩個(gè)電極組間的可形變聚合物的光調(diào)制 器有本質(zhì)的區(qū)別。有兩個(gè)本質(zhì)上的不同點(diǎn)， 一個(gè)是光并不穿過(guò)聚合物膜，另一 個(gè)是弓l起形變的物理性質(zhì)不相同。
相比于典型的具有80-90%光效率的金屬反射，基于全內(nèi)反射的光調(diào)制器具 有100%光效率的優(yōu)點(diǎn)。在高光通量的應(yīng)用中，非反射光的部分會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生熱并 對(duì)光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)提出附加的要求。在許多應(yīng)用中(如電信和顯示器)，致動(dòng)裝 置的光效率是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，該參數(shù)對(duì)該裝置的整體質(zhì)量有所貢獻(xiàn)。
從物理的角度看，基于全內(nèi)劍寸的光調(diào)制器可用與由在兩電極組之間的可形 變材料(聚合物)構(gòu)成的光調(diào)制器相同的一系列方程描述，如Uma等人(在正EE J.Sel.Topics in Quantum Elec., 10(3), 2004)和Gerhard-Miilthaupt等人(在 Displays,Technol. Applicat., 12,115-128,1991)所鄉(xiāng)!j的。
兩種，的基本區(qū)別是:aJTIR調(diào)制器具有兩種不同的材料(空氣和聚合物)，
b)TIR調(diào)制器中的聚合物/凝膠膜必須是透明的，和c)在反射調(diào)制器中的力源于離散的電荷，而在TIR調(diào)制器中，偶極取向具有作用。
實(shí)際上，這些區(qū)別意 在反射調(diào)帝藤中聚合物膜可以是可形變(包括例如 非透明的材料)的任何種類(lèi)，而對(duì)于TIR調(diào)制器，透明性和偶極位錯(cuò)(dipole (^location)的重要性是明顯的。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，明顯的是，對(duì)基于TIR 原理的光調(diào)制器中的聚合物膜具有完全不同于對(duì)在反射調(diào)制器中聚合物膜的要 求。
達(dá)到所期望的起伏幅度(relief amplitude)的約90%時(shí)給出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和由 每外加伏特的起伏幅度給出的TDG/TIR調(diào)律U器的靈驗(yàn)，都是調(diào)制器操作的關(guān) 鍵參數(shù)。這些參數(shù)通過(guò)調(diào)整凝膠組分和幾何參數(shù)，例如凝膠的厚度和凝膠與電 極之間的間隙來(lái)控制。需要什么時(shí)間常量將取決于TDG調(diào)制器所打算的應(yīng)用。
依據(jù)硅凝膠對(duì)電壓脈沖動(dòng)態(tài)響應(yīng)的較近的檢查，存在處于秒范圍內(nèi)的慢反應(yīng) 已經(jīng)變得明顯。對(duì)于需要比這個(gè)更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這樣的響應(yīng)將明 顯導(dǎo)致不需要的效果。
發(fā)明目的
本發(fā)明的主要目的是提供一種基于交聯(lián)的聚合物的聚合物膜，其中上述處于 秒范圍的響應(yīng)被消除。因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供改進(jìn)以下應(yīng)用中基于 全內(nèi)反射(TIR)的TDG調(diào)制器性能的途徑，所述應(yīng)用需要比在所觀察的處于 秒范圍的響應(yīng)更短的時(shí)間內(nèi)的完全起伏幅度。

發(fā)明內(nèi)容
例如在US6,897,995中詳細(xì)描述了在基于全內(nèi)反射(TIR)的TDG調(diào)制器中
使用高分子凝膠。操作的原理是在聚合物凝膠膜的表面上產(chǎn)生力的非均勻電場(chǎng) 的形成?；诰酆衔?疑膠的TDG調(diào)制器的主要操作原理在下面被逐步描述(參 見(jiàn)圖3的框圖描述)
-高肝凝膠作為薄膜位于棱鏡的表面
該凝膠面聚集在距離電極基底一固定的給定距離處
-對(duì)電極圖案化，提供交替連接的平行電極
.在該MI^棱鏡界面與電極基底之間建立偏壓
.信號(hào)電壓施加到每一第二電極上(或正施加到一個(gè)上且負(fù)施加到下一個(gè)上) 因此產(chǎn)生一非均勻的電場(chǎng),絲可形變的凝胸莫上產(chǎn)生力 -凝膠膜根據(jù)該電場(chǎng)形變，提供由電極圖案和施加在裝置上的電壓決定的空間面調(diào)制。
-施加于表面上的調(diào)制如最終應(yīng)用要求的那樣Mt入射光。當(dāng)表面不被調(diào)制 時(shí)，入射光在凝膠和氣體隙之間的界面中經(jīng)歷全內(nèi)反射。
原則上，應(yīng)該只有兩種影響TDG調(diào)律U器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的機(jī)理~~高分子; 的 粘彈性響應(yīng)和可能存在于 鵬膜表面的電荷的位錯(cuò)。所有這些過(guò)程都相對(duì)地快， 將具有遠(yuǎn)短于1秒的時(shí)間常量。
劍門(mén)觀察了存在的另一機(jī)理，其中時(shí)間常量在1秒至100秒范圍，或者更多， 取決于她 中膨脹齊0/增塑劑(Plasticizer)的粘性的參數(shù)。這個(gè)效果將對(duì)這個(gè) 時(shí)間量級(jí)中的起伏幅度起到附加貢獻(xiàn)。許多TDG調(diào)制器的應(yīng)用(電信，如 US6897995中舉例說(shuō)明的，和顯示器)按照在1秒內(nèi)良好地完全響應(yīng)的要求來(lái) 操作。因此并不奇陸的是，所述的觀察在TDG調(diào)制器操作期間可能導(dǎo)致不需要 的效果。
非常令人驚訝的是，我們觀察到，當(dāng)劍門(mén)主動(dòng)地陶氏;賺中膨脹齊啲量時(shí)， 處于秒范圍的慢響應(yīng)被逐步地消除。這個(gè)行為的實(shí)施例如圖4所示。
本發(fā)明因此涉及修改聚合物膜組分，fflil省去聚合物中未連接的(unlinked) 膨脹劑，使凝膠縮為彈性體。本發(fā)明的另外一部分是主動(dòng)控制在一些情況下可 能存在于最后固化的聚合物膜中的其它未連接組分的存在。這將包括預(yù)聚合物 化學(xué)制品中未反應(yīng)的雜質(zhì)和來(lái)自次級(jí)反應(yīng)的副產(chǎn)品，次級(jí)反應(yīng)在一些情況下與 網(wǎng)狀物形成反應(yīng)同時(shí)發(fā)生。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)(US6897995)己知的可調(diào)衍射光柵(TDG)光學(xué)片的實(shí) 施例，i)縱覽，ii)左上角是細(xì)節(jié)。
圖2示出一投影系統(tǒng)的實(shí)施例，其中可調(diào)衍射光柵(TDG)光學(xué)片是其中一 部分。
圖3示出US6897995中執(zhí)列說(shuō)明的光調(diào)制器的實(shí)施例的截面，電極方向垂 直于紙面。假設(shè)VI不同于V2和V偏置不同于V基板。 圖4示出基于實(shí)施例的光學(xué)衰減隨時(shí)間的函數(shù)。
具體實(shí)施例方式
傳統(tǒng)上，在基于TIR原理的TDG調(diào)制器中，l頓高針凝膠作為在非均勻 電場(chǎng)中將被調(diào)制的可形變材料。該凝膠通常是聚二甲基硅氧烷凝膠，用線性聚二甲基硅氧烷油膨脹的聚二甲基硅氧垸的交聯(lián)網(wǎng)狀物，雖然其它; 系也己被
報(bào)道(例如參見(jiàn)WO01/48531和這里的參考文獻(xiàn))。就發(fā)明者所知，彈性體早先 并沒(méi)有被使用在基于TIR原理的TDG調(diào)制器中。在凝膠和彈性體之間存在根本 的不同，其中凝膠概念上說(shuō)是通過(guò)聚合物網(wǎng)狀物保持在一起的液體，而彈性體 是濃縮的、非流動(dòng)的物質(zhì)。
當(dāng)把膨脹齊鵬滁在聚合物之外，彈性體因此形成了，劍門(mén)已經(jīng)看到，當(dāng)信號(hào) 電壓應(yīng)用到調(diào)制器中時(shí)觀察到不復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為。在一個(gè)實(shí)施例中，借助處于 秒范圍的慢特性響應(yīng)，當(dāng)該膨脹劑逐步從聚合物中移除時(shí)該慢響應(yīng)被完全消除， 見(jiàn)圖4。本發(fā)明這部分的特點(diǎn)是聚合物的組分，其給出了TDG調(diào)諱懺中的這種 改良性能。
發(fā)明者相信，相比于反射光調(diào)制器，其具有導(dǎo)電且光鄉(xiāng)涂層/頂部電極， 偶極位錯(cuò)在起伏形成的物理描述中是重要的。該偶極位錯(cuò)，我們相信，其產(chǎn)生 是由于位于和接近于》 膜和空氣之間的界面存在的非均勻和動(dòng)態(tài)電場(chǎng)，偶極 子位錯(cuò)導(dǎo)致》 中存在的液體油移動(dòng)，相似于^T擴(kuò)散的過(guò)程。
首先，根據(jù)本發(fā)明，可以使用可以在TDG調(diào)制器將被操作的溫度范圍內(nèi)形 成交聯(lián)網(wǎng)狀物并保持撓性的所有聚合物系，而不^ffl膨脹劑、增塑劑或在聚合 物網(wǎng)狀物系中移動(dòng)的其它未連接改性劑。該彈性懶各具有范圍在0.5和1000kPa 的儲(chǔ)能模量(G')，或者tfc^也在1和300kPa之間。該儲(chǔ)能模量是樣品的彈性 分量的量度，也叫做動(dòng)態(tài)剛性度，并且是在振蕩的流變能力(oscillatory rheology) 觀糧中模量的實(shí)數(shù)部分。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明，可以使用由例如以下制成的聚硅氧烷彈性體
a)在線性^:化硅氧烷聚合物或附著有乙烯基的低聚物，或者它們的混合
物，和包含氫化物的交聯(lián)劑之間的加成反應(yīng)，使用過(guò)渡金屬催化劑，例如貴金 屬絡(luò)合物或者其它化合物，例如，Pt絡(luò)合物、氯鈾酸等(氫化麟化)。為了獲 得不流動(dòng)的交聯(lián)聚合物系，必須^ffl合適比例的乙烯基和氫化物。
B) 在線性救化硅敏聚合物或附著有羥基的低聚物，或者它們的混合物， 和包含烷氧基的交聯(lián)劑之間的縮合反應(yīng)，使用例如Sn催化劑。為了獲得不流動(dòng) 的交聯(lián)聚合物系，必須4頓合適比例的羥基和烷氧基。
c) 其它官能化有機(jī)硅織和合適的交聯(lián)劑之間的反應(yīng)，實(shí)施例如下 1.艦胺等交聯(lián)劑，環(huán)氧官能化有機(jī)硅氧烷2. 硅烷酉l/氫化物脫氫化偶合，f頓金屬鹽
3. 離聚物交聯(lián)
4. 乙烯敏過(guò)氧化物硫化(vinyl/peroxidecure)
5. 丙烯翻旨/甲基丙烯酸硅氧院的原子團(tuán)/過(guò)氧化物硫化
6. 氫硫S/^醇烯(mercapto/thiolene) UV或者熱固化
7. 乙酸掛m/二甲胺，濕固化
根據(jù)本發(fā)明可以使用的彈性體由聚二甲基硅氧烷和/或根據(jù)已知交聯(lián)反應(yīng)制 備的二甲基、甲苯基和二苯基硅氧烷共聚物組成，己知交聯(lián)反應(yīng)例如氫化硅烷 化、Sn催化的烷氧鵬基反應(yīng)等。
本發(fā)明的另外一部分是己知提純技術(shù)的應(yīng)用，用于移除用于制造交聯(lián)聚合物 膜的 頁(yè)聚物中的非反應(yīng)物質(zhì)。
本發(fā)明還有另外一部分是在固化反應(yīng)過(guò)程中畐ij產(chǎn)品的主動(dòng)控制，以降低聚合 物膜中未連接組分的量低于臨界值，從而不ffi^ TDG調(diào)制 作中產(chǎn)生不需要 的效果。
下面的例子是用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)發(fā)明范圍的限制。 實(shí)施例
執(zhí)行一項(xiàng)研究，其中，逐步地降低聚二甲基硅ft^凝膠中膨脹齊啲量。研究 的聚合物膜包含70%、 50%、 20%和0%聚二甲基硅皿膨脹齊1」，具有10cSt 粘性的統(tǒng)性聚二甲基硅鄉(xiāng)。4頓的所有化學(xué)試劑是來(lái)自生產(chǎn)商，沒(méi)有提煉。
結(jié)果如顯示光學(xué)衰減的圖4所述，其涉鵬伏幅度，作為時(shí)間的函數(shù)。為了 顯示在時(shí)間大于1秒的相對(duì)效果，值被標(biāo)準(zhǔn)化。該曲線描繪了，從頂部至臓部， 具有70%、 50%、 20%和0%膨脹劑的聚合物。
權(quán)利要求
1、一種具有全內(nèi)反射(TIR)的可調(diào)衍射光柵(TDG)調(diào)制器，包括，作為在非均勻電場(chǎng)中將被調(diào)制的可形變層的，儲(chǔ)能模量在0.5至1000kPa的彈性體。
2、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)衍射光柵(TDG)調(diào)制器，其中彈性體具有1 至300kPa的儲(chǔ)能模量。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)衍射光柵(TDG)調(diào)制器，其中所述彈性 體是聚硅，彈性體。
4、 一種制備用于可調(diào)衍射光柵(TDG)調(diào)制器的彈性體的方法，包括將線 性或支化硅氧烷聚合物或者具有側(cè)基的低聚物，或者它們的混合物，使用催化 劑與交聯(lián)劑反應(yīng)。
5、 根據(jù)禾又利要求4所述的方法，其中反應(yīng)是加成反應(yīng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中側(cè)基是乙烯基。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5和6任一項(xiàng)所述的方法，其中交聯(lián)劑是包含氫化物的交 聯(lián)劑。
8、 根據(jù)權(quán)禾腰求5—7任一項(xiàng)所述的方法，其中催化劑是過(guò)^^屬催化劑。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的方法，其中催化劑g自包括貴金屬 絡(luò)合物和其其它化合物的組。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中反應(yīng)是縮合反應(yīng)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中側(cè)基是羥基。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10—ll任一項(xiàng)所述的方法，其中交聯(lián)劑是包含烷氧基的 交聯(lián)劑。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10—12任一項(xiàng)所述的方法，其中催化劑選自Sn催化劑。
14、 根據(jù)權(quán)利要求4一13任一項(xiàng)所述的方法，其中〗頓提純技術(shù)來(lái)去除用 于制造交聯(lián)的聚合物膜的預(yù)聚合物中的非反應(yīng)物質(zhì)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求4一13任一項(xiàng)所述的方法，其中控律幗化反應(yīng)期間的副 產(chǎn)品以降低聚合物膜中的未連接組分的量。
16、 具有0.5至1000kPa范圍的儲(chǔ)能模量的彈性體作為可形^IM在可調(diào)衍 射光柵調(diào)制器中的應(yīng)用。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的應(yīng)用，其中彈性體具有l(wèi)至300kPa的儲(chǔ)能模量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于全內(nèi)反射原理的可調(diào)衍射光柵調(diào)制器，其包括作為在非均勻電場(chǎng)中將被調(diào)制的可形變膜的彈性體。
文檔編號(hào)G02BGK101322062SQ200680045642
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者L·亨里克森, V·卡塔索夫 申請(qǐng)人:珀萊特公司