CN101322062A - 用于可调衍射光栅（tdg）调制器的聚合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于全内反射原理的可调衍射光栅调制器，其包括作为在非均匀电场中将被调制的可形变膜的弹性体。

Description

用于可调衍射光栅（TDG）调制器的聚合物
技术领域
本发明涉及基于US6897995描述的全内反射(TIR)原理的可调衍射光栅(TDG)光学片领域。
背景技术
TDG片应用的领域的实例是电信(光通信)(图A)和显示器(图2)，两个市场对允许高成品率大规模生产的价格有竞争力的技术表现出不断增长的需求，从而为终端用户提供新的产品和服务。
TDG的工作原理是借助由基板上的电极施加的电场的凝胶膜的面调制。对TDG调制器功能更详细的描述例如可参见US6897995(详细的在图3)。凝胶可以是任何具有合适的膨胀剂的高分子网状物。即使明胶凝胶已经被报道了起作用，但是明显的受到温度范围和寿命的限制。目前为止最有前途的凝胶系是硅凝胶，更准确的是聚二甲基硅氧烷凝胶，例如WO01/48531给出的例子。
本发明涉及的TDG调制器，是基于入射光在界面聚合物凝胶/空气中的全内反射。该结构与其它公知的、基于夹在两个电极组间的可形变聚合物的光调制器有本质的区别。有两个本质上的不同点，一个是光并不穿过聚合物膜，另一个是引起形变的物理性质不相同。
相比于典型的具有80-90％光效率的金属反射，基于全内反射的光调制器具有100％光效率的优点。在高光通量的应用中，非反射光的部分会导致产生热并对光调制器的结构提出附加的要求。在许多应用中(如电信和显示器)，致动装置的光效率是一个至关重要的参数，该参数对该装置的整体质量有所贡献。
从物理的角度看，基于全内反射的光调制器可用与由在两电极组之间的可形变材料(聚合物)构成的光调制器相同的一系列方程描述，如Uma等人(在IEEEJ.Sel.Topics in Quantum Elec.，10(3)，2004)和Gerhard-Mülthaupt等人(在Displays，Technol.Applicat.，12，115-128，1991)所举例的。
两种类型的基本区别是：a)TIR调制器具有两种不同的材料(空气和聚合物)，b)TIR调制器中的聚合物/凝胶膜必须是透明的，和c)在反射调制器中的力源于离散的电荷，而在TIR调制器中，偶极取向具有作用。
实际上，这些区别意味着在反射调制器中聚合物膜可以是可形变(包括例如非透明的材料)的任何种类，而对于TIR调制器，透明性和偶极位错(dipoledislocation)的重要性是明显的。对于本领域的技术人员，明显的是，对基于TIR原理的光调制器中的聚合物膜具有完全不同于对在反射调制器中聚合物膜的要求。
达到所期望的起伏幅度(relief amplitude)的约90％时给出的动态响应和由每外加伏特的起伏幅度给出的TDG/TIR调制器的灵敏度，都是调制器操作的关键参数。这些参数通过调整凝胶组分和几何参数，例如凝胶的厚度和凝胶与电极之间的间隙来控制。需要什么时间常量将取决于TDG调制器所打算的应用。
依据硅凝胶对电压脉冲动态响应的较近的检查，存在处于秒范围内的慢反应已经变得明显。对于需要比这个更快的动态响应的应用来说，这样的响应将明显导致不需要的效果。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种基于交联的聚合物的聚合物膜，其中上述处于秒范围的响应被消除。因此，本发明的另一个目的是提供改进以下应用中基于全内反射(TIR)的TDG调制器性能的途径，所述应用需要比在所观察的处于秒范围的响应更短的时间内的完全起伏幅度。
发明内容
例如在US6,897,995中详细描述了在基于全内反射(TIR)的TDG调制器中使用高分子凝胶。操作的原理是在聚合物凝胶膜的表面上产生力的非均匀电场的形成。基于聚合物凝胶的TDG调制器的主要操作原理在下面被逐步描述(参见图3的框图描述)：
·高分子凝胶作为薄膜位于棱镜的表面
·该凝胶面聚集在距离电极基底一固定的给定距离处
·对电极图案化，提供交替连接的平行电极
·在该凝胶/棱镜界面与电极基底之间建立偏压
·信号电压施加到每一第二电极上(或正施加到一个上且负施加到下一个上)
·因此产生一非均匀的电场，其在可形变的凝胶膜上产生力
·凝胶膜根据该电场形变，提供由电极图案和施加在装置上的电压决定的空间面调制。
·施加于表面上的调制如最终应用要求的那样散射入射光。当表面不被调制时，入射光在凝胶和气体隙之间的界面中经历全内反射。
原则上，应该只有两种影响TDG调制器动态响应的机理——高分子凝胶的粘弹性响应和可能存在于凝胶膜表面的电荷的位错。所有这些过程都相对地快，将具有远短于1秒的时间常量。
我们观察了存在的另一机理，其中时间常量在1秒至100秒范围，或者更多，取决于如凝胶中膨胀剂/增塑剂(Plasticizer)的粘性的参数。这个效果将对这个时间量级中的起伏幅度起到附加贡献。许多TDG调制器的应用(电信，如US6897995中举例说明的，和显示器)按照在1秒内良好地完全响应的要求来操作。因此并不奇怪的是，所述的观察在TDG调制器操作期间可能导致不需要的效果。
非常令人惊讶的是，我们观察到，当我们主动地降低凝胶中膨胀剂的量时，处于秒范围的慢响应被逐步地消除。这个行为的实施例如图4所示。
本发明因此涉及修改聚合物膜组分，通过省去聚合物中未连接的(unlinked)膨胀剂，使凝胶缩为弹性体。本发明的另外一部分是主动控制在一些情况下可能存在于最后固化的聚合物膜中的其它未连接组分的存在。这将包括预聚合物化学制品中未反应的杂质和来自次级反应的副产品，次级反应在一些情况下与网状物形成反应同时发生。
附图说明
图1示出现有技术(US6897995)已知的可调衍射光栅(TDG)光学片的实施例，i)纵览，ii)左上角是细节。
图2示出一投影系统的实施例，其中可调衍射光栅(TDG)光学片是其中一部分。
图3示出US6897995中举例说明的光调制器的实施例的截面，电极方向垂直于纸面。假设：V1不同于V2和V偏置不同于V基板。
图4示出基于实施例的光学衰减随时间的函数。
具体实施方式
传统上，在基于TIR原理的TDG调制器中，使用高分子凝胶作为在非均匀电场中将被调制的可形变材料。该凝胶通常是聚二甲基硅氧烷凝胶，用线性聚二甲基硅氧烷油膨胀的聚二甲基硅氧烷的交联网状物，虽然其它凝胶系也已被报道(例如参见WO01/48531和这里的参考文献)。就发明者所知，弹性体早先并没有被使用在基于TIR原理的TDG调制器中。在凝胶和弹性体之间存在根本的不同，其中凝胶概念上说是通过聚合物网状物保持在一起的液体，而弹性体是浓缩的、非流动的物质。
当把膨胀剂排除在聚合物之外，弹性体因此形成了，我们已经看到，当信号电压应用到调制器中时观察到不复杂的动态行为。在一个实施例中，借助处于秒范围的慢特性响应，当该膨胀剂逐步从聚合物中移除时该慢响应被完全消除，见图4。本发明这部分的特点是聚合物的组分，其给出了TDG调制器中的这种改良性能。
发明者相信，相比于反射光调制器，其具有导电且光反射涂层/顶部电极，偶极位错在起伏形成的物理描述中是重要的。该偶极位错，我们相信，其产生是由于位于和接近于凝胶膜和空气之间的界面存在的非均匀和动态电场，偶极子位错导致凝胶中存在的液体油移动，相似于分子扩散的过程。
首先，根据本发明，可以使用可以在TDG调制器将被操作的温度范围内形成交联网状物并保持挠性的所有聚合物系，而不使用膨胀剂、增塑剂或在聚合物网状物系中移动的其它未连接改性剂。该弹性体将具有范围在0.5和1000kPa的储能模量(G’)，或者优选地在1和300kPa之间。该储能模量是样品的弹性分量的量度，也叫做动态刚性度，并且是在振荡的流变能力(oscillatory rheology)测量中模量的实数部分。
更具体地，根据本发明，可以使用由例如以下制成的聚硅氧烷弹性体：
A)在线性或支化硅氧烷聚合物或附着有乙烯基的低聚物，或者它们的混合物，和包含氢化物的交联剂之间的加成反应，使用过渡金属催化剂，例如贵金属络合物或者其它化合物，例如，Pt络合物、氯铂酸等(氢化硅烷化)。为了获得不流动的交联聚合物系，必须使用合适比例的乙烯基和氢化物。
B)在线性或支化硅氧烷聚合物或附着有羟基的低聚物，或者它们的混合物，和包含烷氧基的交联剂之间的缩合反应，使用例如Sn催化剂。为了获得不流动的交联聚合物系，必须使用合适比例的羟基和烷氧基。
C)其它官能化有机硅氧烷和合适的交联剂之间的反应，实施例如下：
1.使用胺等交联剂，环氧官能化有机硅氧烷
2.硅烷醇/氢化物脱氢化偶合，使用金属盐
3.离聚物交联
4.乙烯基/过氧化物硫化(vinyl/peroxide cure)
5.丙烯酸脂/甲基丙烯酸硅氧烷的原子团/过氧化物硫化
6.氢硫基/硫醇烯(mercapto/thiolene)UV或者热固化
7.乙酸基/氯/二甲胺，湿固化
根据本发明可以使用的弹性体由聚二甲基硅氧烷和/或根据已知交联反应制备的二甲基、甲苯基和二苯基硅氧烷共聚物组成，已知交联反应例如氢化硅烷化、Sn催化的烷氧基/羟基反应等。
本发明的另外一部分是已知提纯技术的应用，用于移除用于制造交联聚合物膜的预聚物中的非反应物质。
本发明还有另外一部分是在固化反应过程中副产品的主动控制，以降低聚合物膜中未连接组分的量低于临界值，从而不再在TDG调制器操作中产生不需要的效果。
下面的例子是用于解释本发明，但并不作为对发明范围的限制。
实施例
执行一项研究，其中，逐步地降低聚二甲基硅氧烷凝胶中膨胀剂的量。研究的聚合物膜包含70％、50％、20％和0％聚二甲基硅氧烷膨胀剂，具有10cSt粘性的线性聚二甲基硅氧烷。使用的所有化学试剂是来自生产商，没有提炼。
结果如显示光学衰减的图4所述，其涉及起伏幅度，作为时间的函数。为了显示在时间大于1秒的相对效果，值被标准化。该曲线描绘了，从顶部到底部，具有70％、50％、20％和0％膨胀剂的聚合物。

Claims (17)

1、一种具有全内反射(TIR)的可调衍射光栅(TDG)调制器，包括，作为在非均匀电场中将被调制的可形变层的，储能模量在0.5至1000kPa的弹性体。
2、如权利要求1所述的可调衍射光栅(TDG)调制器，其中弹性体具有1至300kPa的储能模量。
3、如权利要求1或2所述的可调衍射光栅(TDG)调制器，其中所述弹性体是聚硅氧烷弹性体。
4、一种制备用于可调衍射光栅(TDG)调制器的弹性体的方法，包括将线性或支化硅氧烷聚合物或者具有侧基的低聚物，或者它们的混合物，使用催化剂与交联剂反应。
5、根据权利要求4所述的方法，其中反应是加成反应。
6、根据权利要求5所述的方法，其中侧基是乙烯基。
7、根据权利要求5和6任一项所述的方法，其中交联剂是包含氢化物的交联剂。
8、根据权利要求5-7任一项所述的方法，其中催化剂是过渡金属催化剂。
9、根据权利要求5-8任一项所述的方法，其中催化剂是选自包括贵金属络合物和其其它化合物的组。
10、根据权利要求4所述的方法，其中反应是缩合反应。
11、根据权利要求10所述的方法，其中侧基是羟基。
12、根据权利要求10-11任一项所述的方法，其中交联剂是包含烷氧基的交联剂。
13、根据权利要求10-12任一项所述的方法，其中催化剂选自Sn催化剂。
14、根据权利要求4-13任一项所述的方法，其中使用提纯技术来去除用于制造交联的聚合物膜的预聚合物中的非反应物质。
15、根据权利要求4-13任一项所述的方法，其中控制固化反应期间的副产品以降低聚合物膜中的未连接组分的量。
16、具有0.5至1000kPa范围的储能模量的弹性体作为可形变膜在可调衍射光栅调制器中的应用。
17、根据权利要求16的应用，其中弹性体具有1至300kPa的储能模量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108474878A (zh) * 2016-01-08 2018-08-31 大日本印刷株式会社 衍射光学元件和光照射装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8699141B2 (en) 2009-03-13 2014-04-15 Knowles Electronics, Llc Lens assembly apparatus and method
US8659835B2 (en) 2009-03-13 2014-02-25 Optotune Ag Lens systems and method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4011009A (en) * 1975-05-27 1977-03-08 Xerox Corporation Reflection diffraction grating having a controllable blaze angle
US4106848A (en) * 1975-10-10 1978-08-15 Xerox Corporation Elastomer wave guide optical modulators
JPS5941169B2 (ja) * 1975-12-25 1984-10-05 シチズン時計株式会社 エラストマ−ヒヨウジソウチ
JPS62276503A (ja) * 1986-05-26 1987-12-01 Canon Inc 可変焦点光学素子
DK0778982T3 (da) * 1994-09-02 2000-11-06 Rad H Dabbaj Reflekterende lysventilmodulator
WO2004023197A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-18 Photonyx As Method and device for variable optical attenuator
US6930817B2 (en) * 2003-04-25 2005-08-16 Palo Alto Research Center Incorporated Configurable grating based on surface relief pattern for use as a variable optical attenuator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108474878A (zh) * 2016-01-08 2018-08-31 大日本印刷株式会社 衍射光学元件和光照射装置

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Publication number Publication date
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WO2007067068A1 (en) 2007-06-14

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