本發(fā)明涉及光學材料，具體而言，涉及一種用于全息光柵的光致聚合物組合物、全息光柵及全息顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光致聚合物是一種新型全息材料，具有成本低、色彩表現(xiàn)好等突出優(yōu)勢，在ar顯示領域具有廣闊的應用前景。構(gòu)成光致聚合物的組合物主要包含光引發(fā)劑、光敏染料、光聚合單體和成膜劑。在光致聚合物形成全息光柵結(jié)構(gòu)的過程中，主要有兩個階段的聚合反應：在第一階段，成膜單體通過加熱固化反應形成具有交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的成膜基質(zhì)，提供力學支撐，將光聚合單體均勻分布穩(wěn)定在交聯(lián)網(wǎng)絡中，以便于后續(xù)全息曝光。在第二階段，在雙束相干激光的干涉曝光下，染料吸收相應波長范圍內(nèi)光子躍遷至激發(fā)態(tài)并將其激發(fā)態(tài)的能量通過能量轉(zhuǎn)移或電子轉(zhuǎn)移給引發(fā)劑，引發(fā)劑得到電子或能量會生成自由基使得光聚合單體在相干亮區(qū)發(fā)生光聚合反應，誘導相干暗區(qū)的光聚合單體向相干亮區(qū)擴散并參與光聚合反應，最終導致相干亮區(qū)生成的光聚合物與第一階段熱固反應生成的成膜基質(zhì)具有不同的聚合物密度和折射率，進而產(chǎn)生微相分離，隨著光聚合反應過程中微相分離程度的增加，衍射效率增加，同時光柵會有一定程度的發(fā)霧，透光率會下降。且在上述的第二階段反應中，通常聚合和擴散在曝光區(qū)域內(nèi)以相對不受控的方式同時發(fā)生，在曝光過程和曝光終止之后不與基質(zhì)結(jié)合的聚合物可以自由的擴散出相干亮區(qū)進入相干暗區(qū)，這也會使得所得的光柵發(fā)霧，透光率下降。另外目前大部分光引發(fā)劑為固體有機小分子，大部分光敏染料為分子量比較小的共軛型化合物及其離子化的鹽類，導致這兩者在低聚物和單體中的溶解性較差，這也將一定程度上會使光柵發(fā)霧，透光率下降。

2、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于全息光柵的光致聚合物組合物、全息光柵及全息系統(tǒng)，以解決目前光致聚合物型的全息光柵光柵發(fā)霧、透光率不高的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于全息光柵的光致聚合物組合物，該按質(zhì)量百分比計，該光致聚合物組合物包括含有環(huán)氧基的聚合單體30～65％、環(huán)氧改性染料0.5～5％、環(huán)氧改性光引發(fā)劑0.5～5％、成膜劑30～65％以及可選的添加劑0.1～5％，其中，該環(huán)氧改性光引發(fā)劑的原料包括第一環(huán)氧樹脂和小分子光引發(fā)劑，第一環(huán)氧樹脂含有至少一個環(huán)氧基，小分子光引發(fā)劑含有至少一個羥基。

3、進一步地，小分子光引發(fā)劑為含有羥基的α-羥基芳酮類引發(fā)劑。

4、進一步地，小分子光引發(fā)劑選自式(i)-式(iv)所示化合物中的至少一種：

5、

6、進一步地，第一環(huán)氧樹脂包含至少兩個環(huán)氧基。

7、進一步地，第一環(huán)氧樹脂選自雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、脂肪族縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、環(huán)氧化烯烴化合物、三聚氰酸環(huán)氧樹脂中的至少一種。

8、進一步地，第一環(huán)氧樹脂為聚丙二醇二醇二縮水甘油酯、聚乙二醇二縮水甘油醚中的至少一種，且聚丙二醇二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚的數(shù)均分子量各自獨立地為1000～5000。

9、進一步地，第一環(huán)氧樹脂以環(huán)氧基團的摩爾量計，小分子光引發(fā)劑以羥基的摩爾量計，第一環(huán)氧樹脂與小分子光引發(fā)劑的摩爾比為1～4:1。

10、進一步地，該環(huán)氧改性染料的原料包括第二環(huán)氧樹脂和小分子染料，該第二環(huán)氧樹脂包含至少兩個環(huán)氧基，該小分子染料包含至少一種能夠與環(huán)氧基進行開環(huán)反應的基團。

11、進一步地，成膜劑的原料包括環(huán)氧單體和固化劑，兩者的質(zhì)量比為(29～60):(1～5)；其中，環(huán)氧單體為含有環(huán)氧基的環(huán)氧化合物，優(yōu)選環(huán)氧化合物的折射率≤1.45。

12、進一步地，固化劑包括多元胺、酸酐、叔胺、三氟化硼及硼胺絡合物或咪唑類固化劑中的至少一種。

13、進一步地，聚合單體為丙烯酸酯單體，優(yōu)選該丙烯酸酯類單體為含有環(huán)氧基的環(huán)氧丙烯酸酯和不含環(huán)氧基的丙烯酸酯的混合物；且兩者的質(zhì)量比為(10:90)～(40:60)，進一步優(yōu)選為30:70。

14、根據(jù)本申請的第三個方面，本申請還提供了一種全息光柵，該全息光柵包括具有光柵結(jié)構(gòu)的聚合物膜，且該聚合物膜的材料為上述第二方面提供的光致聚合物組合物。

15、進一步地，該聚合物膜的制備方法包括以下步驟：步驟s1，將包括含有環(huán)氧基的聚合單體、環(huán)氧改性染料、環(huán)氧改性光引發(fā)劑、成膜劑以及可選的添加劑的光致聚合物組合物混合，得到混合體；步驟s2，將混合體成膜并在至少部分位置上形成光柵結(jié)構(gòu)，得到具有光柵結(jié)構(gòu)的聚合物膜。

16、進一步地，步驟s2包括使用相干光進行曝光的步驟。

17、根據(jù)本申請的第四個方面，還提供了一種全息系統(tǒng)，該全息系統(tǒng)包括上述第三方面提供的全息光柵。

18、應用本申請的技術(shù)方案，本申請?zhí)峁┑墓庵戮酆衔锝M合物通過采用包含環(huán)氧改性光引發(fā)劑、環(huán)氧改性的染料、含有環(huán)氧基的光聚合單體以及由環(huán)氧單體熱固形成的成膜劑相配合，由于在光致聚合物組合物的主要成分中都引入相同的有機基團-環(huán)氧基，可以提高各組分的相容性，減少由于光聚合部分的聚合物與成膜劑因相分離引起的光柵發(fā)霧問題，同時也能改善由于光引發(fā)劑和染料溶解性差導致的光柵發(fā)霧。

19、此外，本申請?zhí)峁┑墓庵戮酆衔锝M合物采用環(huán)氧改性光引發(fā)劑和環(huán)氧改性染料，由于環(huán)氧改性光引發(fā)劑和環(huán)氧改性染料都具有分子量比較大的環(huán)氧聚合物側(cè)基，將更易于分散于有機環(huán)氧體系中，從而提高光敏染料與光致聚合物組合物中各組分的相容性，達到改善光引發(fā)劑和染料在低聚物和單體中的溶解性較差導致的光柵發(fā)霧問題。

20、另外，本申請?zhí)峁┑墓庵戮酆衔锝M合物通過控制反應物的摩爾比以及環(huán)氧改性引發(fā)劑上含有未反應的環(huán)氧基，在環(huán)氧單體熱固反應形成成膜基質(zhì)的過程中，環(huán)氧改性光引發(fā)劑上的環(huán)氧基開環(huán)接枝固定在成膜基質(zhì)上，可以有效抑制引發(fā)劑的遷移性，從而改善曝光過程中由于不與成膜基質(zhì)結(jié)合的光聚合物自由擴散出相干亮區(qū)進入相干暗區(qū)引起的光柵發(fā)霧問題；另外，由于光聚合單體含有環(huán)氧基，在環(huán)氧單體熱固反應形成成膜基質(zhì)的過程中，也可以開環(huán)接枝在成膜基質(zhì)上，達到改善曝光過程中由于不與成膜基質(zhì)結(jié)合的光聚合物自由擴散出相干亮區(qū)進入相干暗區(qū)引起的光柵發(fā)霧問題。

技術(shù)特征：

1.一種用于全息光柵的光致聚合物組合物，其特征在于，按質(zhì)量百分比計，所述光致聚合物組合物包括含有環(huán)氧基的聚合單體30～65％、環(huán)氧改性染料0.5～5％、環(huán)氧改性光引發(fā)劑0.5～5％、成膜劑30～65％以及可選的添加劑0.1～5％，其中，所述環(huán)氧改性光引發(fā)劑的原料包括第一環(huán)氧樹脂和小分子光引發(fā)劑，所述第一環(huán)氧樹脂含有至少一個環(huán)氧基，所述小分子光引發(fā)劑含有至少一個羥基。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述小分子光引發(fā)劑為含有羥基的α-羥基芳酮類引發(fā)劑；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述第一環(huán)氧樹脂含有至少兩個環(huán)氧基；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述第一環(huán)氧樹脂以環(huán)氧基團的摩爾量計，所述小分子光引發(fā)劑以羥基的摩爾量計，所述第一環(huán)氧樹脂與所述小分子光引發(fā)劑的摩爾比為1～4:1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述環(huán)氧改性染料的原料包括第二環(huán)氧樹脂和小分子染料，所述第二環(huán)氧樹脂包含至少一個環(huán)氧基，所述小分子染料包含至少一種能夠與環(huán)氧基進行開環(huán)反應的基團。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述成膜劑的原料包括環(huán)氧單體和固化劑，兩者的質(zhì)量比為(29～60):(1～5)；其中，所述環(huán)氧單體為含有環(huán)氧基的環(huán)氧化合物，優(yōu)選所述環(huán)氧化合物的折射率≤1.45；

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述含有環(huán)氧基的聚合單體為丙烯酸酯類單體；優(yōu)選所述丙烯酸酯類單體為含有環(huán)氧基的環(huán)氧丙烯酸酯和不含環(huán)氧基的丙烯酸酯的混合物，且兩者的質(zhì)量比為(10:90)～(40:60)，優(yōu)選為30:70。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的光致聚合物組合物，其特征在于，所述添加劑包括極性溶劑、增塑劑、增加劑、阻聚劑、光穩(wěn)定劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、勻染劑、潤濕劑、消泡劑、增粘劑、低聚物、具有親水基團的化合物、含氧的化合物中的至少一種。

9.一種全息光柵，其特征在于，所述全息光柵包括具有光柵結(jié)構(gòu)的聚合物膜，且所述聚合物膜的材料為權(quán)利要求1至8中任一項所述的光致聚合物組合物；

10.一種全息顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述全息顯示系統(tǒng)包括權(quán)利要求9所述的全息光柵。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于全息光柵的光致聚合物組合物、全息光柵及全息顯示系統(tǒng)。按質(zhì)量百分比計，該光致聚合物組合物包括含有環(huán)氧基的聚合單體30～65％、環(huán)氧改性染料0.5～5％、環(huán)氧改性光引發(fā)劑0.5～5％、成膜劑30～65％以及可選的添加劑0.1～5％，其中，該環(huán)氧改性光引發(fā)劑的原料包括含有至少一個環(huán)氧基的第一環(huán)氧樹脂和含有至少一個羥基的小分子光引發(fā)劑。該光致聚合物組合物通過采用第一環(huán)氧樹脂和小分子引發(fā)劑通過開環(huán)反應連接而成具有分子量較大的環(huán)氧聚合物側(cè)鏈的改性光引發(fā)劑，易于分散在非溶劑有機體系，從而提高改性光引發(fā)劑在光致聚合物材料中的溶解性和分散性。

技術(shù)研發(fā)人員：李彬彬,李芳,魏一振,張卓鵬
受保護的技術(shù)使用者：杭州光?？萍加邢薰?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2