CN103159792A - 光折变复合物及使用其的空间光调制器和全息图像显示器 - Google Patents
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Abstract
光折变复合物及使用其的空间光调制器和全息图像显示器，所述光折变复合物包括表示为以下化学式1A-1C的至少一种碳硼烷化合物，其中所述光折变复合物呈现出光电导性和光学非线性。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0131115的优先权，将其公开内容全部引入本文作为参考。
技术领域
示例性实施方式涉及光折变(phohotorefractive)复合物、以及使用其的空间光调制器(spatial light modulator)和全息图像(halogram)显示器。
背景技术
为了实现全息图像，已经积极地对使用光折变复合物的空间光调制器(SLM)进行了研究。光折变复合物是同时具有光学非线性和光电导性并且其折射率由于光照射产生的电荷的重新分布而周期性地在空间上调制(折射率的空间调制)的材料。SLM是可调制光束的强度和相位并且可重复记录3D信息的设备。然而，当前的SLM不具有足以实现显示的调制速度。因此，需要开发新的光折变复合物。
发明内容
示例性实施方式涉及光折变复合物、以及使用其的空间光调制器和全息图像显示器。
提供具有提高的光折变效应和光折变速度的光折变复合物。
提供具有提高的光学调制效应和光学调制速度的空间光调制器(SLM)。
提供具有提高的图像转换速度的全息图像显示器。
根据示例性实施方式，提供光折变复合物，其包括表示为以下化学式1A-1C的至少一种碳硼烷(carborane)化合物：
<化学式1A> <化学式1B> <化学式1C>
在以上化学式1A-1C中，R1和R2可彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C5-C60芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C5-C30芳氧基、和取代或未取代的C5-C30芳硫基。所述光折变复合物呈现出光电导性和光学非线性。
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物可为表示为以下化学式2A-2M的至少一种化合物：
化学式2D 化学式2E
化学式2F 化学式2G
化学式2H 化学式2I
化学式2J 化学式2K
化学式2L 化学式2M
其中，Z1和Z2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、和取代或未取代的C5-C20芳硫基，其中Z1和Z2相同或不同，p和q为1-5的整数，并且n为0-10的整数。
在示例性实施方式中，所述取代的C5-C60芳基可包括至少一个碳硼烷基团。所述至少一种碳硼烷化合物可为表示为以下化学式2N-2P的至少一种化合物：
化学式2N 化学式2O
化学式2P
其中，Z1和Z2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、和取代或未取代的C5-C20芳硫基，Z1和Z2相同或不同，p和q为1-5的整数，n为0-10的整数，Ar1、Ar2和Ar3彼此独立地为取代或未取代的C5-C20亚芳基，a和b为0-2的整数，并且c为1-5的整数。
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物可为表示为以下化学式2A-2C的至少一种化合物：
化学式2A 化学式2B 化学式2C
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物可为表示为以下化学式3A-3D的至少一种化合物:
化学式3A 化学式3B
化学式3C 化学式3D
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物可以相对于100重量份的所述光折变复合物约0.1重量份-约5重量份的量存在于所述光折变复合物中。
在示例性实施方式中，所述光折变复合物可包括光电导性聚合物，其中所述光电导性聚合物可选自：聚乙烯基咔唑(PVK)、聚硅氧烷咔唑、聚对苯撑乙炔(聚对亚苯基亚乙烯基，polyparaphenylenevinylene)、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚(烷基噻吩)、咔唑取代的聚硅氧烷(PSX-Cz)、聚(对苯二甲酸对苯二酯)咔唑(PPT-CZ)、聚丙烯酸三苯基胺盐(polyacrylatetriphenylamine)(TATPD)、其衍生物、以及这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，所述光电导性聚合物可以相对于100重量份的所述光折变复合物约30重量份-约60重量份的量存在于所述光折变复合物中。
在示例性实施方式中，所述光折变复合物可包括非线性光学生色团，其中所述非线性光学生色团可选自：4-哌啶基亚苄基丙二腈(PDCST)、2,5-二甲基-4-(对硝基苯基偶氮)苯甲醚(DMNPAA)、2-N,N-二己基-氨基-7-二氰基甲川-3,4,5,6,10-五氢萘(DHADC-MPN)、4-二(2-甲氧基乙基)氨基亚苄基丙二腈(AODCST)、氨基-噻吩基-二氧代氰基-吡啶(ATOP)、氟化的氰基-二苯乙炔生色团(FTCN)、二乙基氨基-硝基苯乙烯(DEANST)、以及这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，所述非线性光学生色团可以相对于100重量份的所述光折变复合物约20重量份-约50重量份的量存在于所述光折变复合物中。
在示例性实施方式中，所述光折变复合物可进一步包括光敏剂(photosensitizer)。所述光敏剂可选自：C60富勒烯、苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、2,4,7-三硝基芴酮(TNF)、2,4,7-三硝基-9-亚芴基-丙二腈(TNFDM)、以及这些材料的混合物。所述光敏剂可以相对于100重量份的所述光折变复合物约0.1重量份-约3重量份的量存在于所述光折变复合物中。所述光敏剂可为通过具有在约380nm-约740nm范围内的波长的光源能激发的。
在示例性实施方式中，所述光折变复合物可进一步包括增塑剂。所述增塑剂可选自：乙基咔唑(ECZ)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二庚酯(DHP)、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯(DOP)、邻苯二甲酸二辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸双十三烷基酯(DTDP)、邻苯二甲酸二环己基酯(DCHP)、邻苯二甲酸苄基丁基酯(BBP)、邻苯二甲酸丁基月桂基酯(BLP)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异癸酯(DIDA)、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二丁酯(DBS)、癸二酸二辛酯(DOS)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、二甘醇二苯甲酸酯(DEDB)、油酸丁酯(BO)、磷酸三(甲苯酯)(TCP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三氯乙基酯(TCEP)、以及这些材料的混合物。所述增塑剂可以相对于100重量份的所述光折变复合物约1重量份-20重量份的量存在于所述光折变复合物中。
在示例性实施方式中，当所述光电导性聚合物吸收电磁辐射时，所述光电导性聚合物的电导率可升高。
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物的光吸收区域可在可见光区域中，并且所述光折变复合物可不包括额外的光敏剂。
根据示例性实施方式，提供空间光调制器(SLM)，其包括：第一电极，与所述第一电极对应的第二电极，和在所述第一和第二电极之间的光折变层，其中所述光折变层包括表示为以上化学式1A-1C的至少一种碳硼烷化合物，和所述光折变层呈现出光电导性和光学非线性。
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物可为选自表示为以下化学式2A-2M的化合物的至少一种：
化学式2D 化学式2E
化学式2F 化学式2G
化学式2H 化学式2I
化学式2J 化学式2K
化学式2L 化学式2M
其中，Z1和Z2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、和取代或未取代的C5-C20芳硫基，Z1和Z2相同或不同，p和q为1-5的整数，并且n为0-10的整数。在示例性实施方式中，所述取代的C5-C60芳基可包括至少一个碳硼烷基团。所述至少一种碳硼烷化合物可为表示为以下化学式2N-2P的至少一种化合物：
化学式2N 化学式2O
化学式2P
其中，Z1和Z2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、和取代或未取代的C5-C20芳硫基，Z1和Z2相同或不同，p和q为1-5的整数，n为0-10的整数，Ar1、Ar2和Ar3彼此独立地为取代或未取代的C5-C20亚芳基，a和b为0-2的整数，并且c为1-5的整数。
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物可为表示为以下化学式2A-2C的化合物的一种：
化学式2A 化学式2B 化学式2C
在示例性实施方式中，SLM可包括光电导性聚合物，其中所述光电导性聚合物可选自：聚乙烯基咔唑(PVK)、聚硅氧烷咔唑、聚对苯撑乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚(烷基噻吩)、咔唑取代的聚硅氧烷(PSX-Cz)、聚(对苯二甲酸对苯二酯)咔唑(PPT-CZ)、聚丙烯酸三苯基胺盐(TATPD)、其衍生物、以及这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，SLM可包括非线性光学生色团，其中所述非线性光学生色团可选自：4-哌啶基亚苄基丙二腈(PDCST)、2,5-二甲基-4-(对硝基苯基偶氮)苯甲醚(DMNPAA)、2-N,N-二己基-氨基-7-二氰基甲川-3,4,5,6,10-五氢萘(DHADC-MPN)、4-二(2-甲氧基乙基)氨基亚苄基丙二腈(AODCST)、氨基-噻吩基-二氧代氰基-吡啶(ATOP)、氟化的氰基-二苯乙炔生色团(FTCN)、和二乙基氨基-硝基苯乙烯(DEANST)、以及这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，SLM可进一步包括光敏剂。所述光敏剂可为通过具有在约380nm-约740nm范围内的波长的光源能激发的。所述光敏剂可选自：C60富勒烯、苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、2,4,7-三硝基芴酮(TNF)、和2,4,7-三硝基-9-亚芴基-丙二腈(TNFDM)、以及这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，SLM可进一步包括增塑剂。所述增塑剂可选自：乙基咔唑(ECZ)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二庚酯(DHP)、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯(DOP)、邻苯二甲酸二辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸双十三烷基酯(DTDP)、邻苯二甲酸二环己基酯(DCHP)、邻苯二甲酸苄基丁基酯(BBP)、邻苯二甲酸丁基月桂基酯(BLP)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异癸酯(DIDA)、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二丁酯(DBS)、癸二酸二辛酯(DOS)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、二甘醇二苯甲酸酯(DEDB)、油酸丁酯(BO)、磷酸三(甲苯酯)(TCP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三氯乙基酯(TCEP)、以及这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，当所述光电导性聚合物吸收电磁辐射时，所述光电导性聚合物的电导率可提高。
在示例性实施方式中，所述至少一种碳硼烷化合物的光吸收区域可在可见光区域中，并且所述光折变复合物可不包括额外的光敏剂。
根据示例性实施方式，提供全息图像显示器，其包括：光源单元，其配置成照射用于记录和再现物体的三维图像的光；输入单元，其配置成输入所述物体的三维图像信息；显示单元，其包括所述空间光调制器(SLM)，其中所述显示单元配置成记录通过所述输入单元输入的所述物体的三维图像信息并且配置成使用从所述光源单元照射的光再现所述物体的三维图像；和光学系统，其配置成将从所述光源单元照射的光传输至所述输入单元和所述显示单元。
可在空间上固定电子的碳硼烷化合物包括在所述光折变复合物中，并且因此可提高所述光折变复合物的光折变速度。而且，通过使用具有提高的光折变速度的光折变复合物，可提供具有提高的光调制速度的空间光调制器(SLM)和具有提高的图像转换速度的全息图像显示器。
附图说明
由结合附图考虑的以下详细描述，将更清楚地理解示例性实施方式。图1-4表示如本文中所描述的非限制性示例性实施方式。
图1为根据示例性实施方式的空间光调制器(SLM)的示意性截面图；
图2为根据示例性实施方式的全息图像显示器的示意性截面图；
图3为根据示例性实施方式和对比例的光折变器件的电场对暗电导率的图；和
图4为根据示例性实施方式和对比例的光折变器件的电场对光电导率的图。
具体实施方式
现在将参照其中示出了一些示例性实施方式的附图更充分地描述各种示例性实施方式。然而，本文中所公开的具体的结构和功能细节出于描述示例性实施方式的目的仅为代表性的，并且因此可以许多替代形式体现并且不应解释为仅限于本文中所阐述的示例性实施方式。因此，应理解，不意图将示例性实施方式限制为所公开的具体形式，而是相反，示例性实施方式应涵盖落在本公开内容范围内的所有改型、等同物以及替代方案。
在附图中，为了清楚起见，层和区域的厚度可被放大，并且在图的描述中，相同的附图标记始终是指相同的元件。
虽然术语第一、第二等可在本文中用于描述各种元件，然而这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于使一个元件区分于另一元件。例如，第一元件可称为第二元件，并且，类似地，第二元件可称为第一元件，而不背离示例性实施方式的范围。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任意和全部组合。
将理解，如果一个元件被称为“连接”或“结合”至另一元件，其可直接连接或结合至所述另一元件，或者可存在中间元件。相反，如果一个元件被称为“直接连接”或“直接结合”至另一元件，则不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它措辞应以类似方式解释(例如，“在…之间”对“直接在…之间”，“邻近”对“直接邻近”等)。
本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而不意图限制示例性实施方式。除非上下文清楚地另作说明，如本文中所使用的单数形式“一个(种)”和“该(所述)”也意图包括复数形式。还将理解，如果在本文中使用，则术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“含”表明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种其它的特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或它们的集合。
为了便于说明，在本文中可使用空间相对术语(如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……之上”、“上部”等)来描述如图中所示的一个元件或者在一个特征与另外的元件或特征之间的关系。将理解，除图中所示的方位以外，空间相对术语还意图包括在使用或操作中的器件的不同方位。例如，如果翻转图中的器件，则被描述为“在”其它元件或特征“下面”或“之下”的元件将被定向“在”其它元件或特征“之上”。因此，例如，术语“在……下面”可包括在……之上和在……下面两种方位。器件可以其它方式定向(旋转90度或在其它方向上观看或者参照)，并且本文中使用的空间相对描述词应相应地解释。
在本文中参照截面图描述示例性实施方式，所述截面图为理想化实施方式(以及中间结构)的示意图。如此，可预期由于例如制造技术和/或公差引起的与这些图的形状的变化。因而，示例性实施方式不应解释为限于在本文中所图示的区域的具体形状，而是可包括由例如制造所造成的形状上的偏差。例如，图示为矩形的注入区域可在其边缘处具有圆形的或者曲线的特征和/或梯度(例如，注入浓度的梯度)，而不是从注入区域到非注入区域的急剧变化。同样，通过注入而形成的掩埋区可导致在所述掩埋区和穿过其可发生所述注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，图中所示的区域在本质上是示意性的并且它们的形状不一定图示器件区域的实际形状并且不限制范围。
除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与示例性实施方式所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，术语，例如在常用字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在相关领域背景中的含义一致，并且不应以理想化的或过于形式化的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。
示例性实施方式涉及光折变复合物、空间光调制器、和使用其的全息图像显示器。
根据示例性实施方式的光折变复合物包括光电导性聚合物、非线性光学生色团和碳硼烷化合物。
所述光电导性聚合物是一种当其吸收电磁辐射时其电导率升高的聚合物。所述电磁辐射包括光(例如，可见光、紫外线和红外线)。所述光电导性聚合物通过使由于光照射而在光折变复合物中产生的电荷移动来改变电子和空穴之间的空间比，并且，因此可在所述光折变复合物中感生电场。
所述光电导性聚合物可包括，例如，咔唑单元或三苯基胺单元，但是不限于此。所述光电导性聚合物可包括聚乙烯基咔唑(PVK)、聚硅氧烷咔唑、聚对苯撑乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚(烷基噻吩)、咔唑取代的聚硅氧烷(PSX-Cz)、聚(对苯二甲酸对苯二酯)咔唑(PPT-CZ)、聚丙烯酸三苯基胺盐(TATPD)、其衍生物、这些材料的混合物、或这些材料的共聚物。
光折变复合物中所述光电导性聚合物的含量可在30重量份和60重量份之间的范围内，基于100重量份的所述光折变复合物。
所述非线性光学生色团通过在光折变复合物中感生的电场而产生空间折射率的差异。
所述非线性光学生色团可包括，例如，4-哌啶基亚苄基丙二腈(PDCST)、2,5-二甲基-4-(对硝基苯基偶氮)苯甲醚(DMNPAA)、2-N,N-二己基-氨基-7-二氰基甲川-3,4,5,6,10-五氢萘(DHADC-MPN)、4-二(2-甲氧基乙基)氨基亚苄基丙二腈(AODCST)、氨基-噻吩基-二氧代氰基-吡啶(ATOP)、氟化的氰基-二苯乙炔生色团(FTCN)、或二乙基氨基-硝基苯乙烯(DEANST)。
光折变复合物中的所述非线性光学生色团可在相对于100重量份的所述光折变复合物约20重量份-约50重量份的范围内。
包括多个作为缺电子原子的硼的碳硼烷化合物具有高的电子亲和性。因此，碳硼烷化合物可容易地俘获电子。当电子被充分地(well)俘获于光折变复合物中时，在所述光折变复合物中产生空穴和电子的空间分布的差异，因此，可提高光折变调制速度，并且由于暗电流减小，可提高光折变效应。
碳硼烷化合物可吸收光，并且可通过控制碳硼烷化合物的共轭长度而控制所吸收光的波长区域。碳硼烷化合物的共轭长度可通过改变取代基而控制。例如，当增加取代基的共轭长度时，碳硼烷化合物的光吸收区域可在可见光区域中。当碳硼烷化合物的光吸收区域在可见光区域中时，在所述光折变复合物中可不使用额外的光敏剂，因为所述碳硼烷化合物可起到在光折变复合物中产生电荷的光敏剂的作用。
所述碳硼烷化合物可为表示为化学式1A-1C的化合物之一。
<化学式1A> <化学式1B> <化学式1C>
在化学式1A-1C中，R1和R2可彼此独立地为氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C5-C60芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C5-C30芳氧基、或者取代或未取代的C5-C30芳硫基。所述取代的C5-C60芳基可包含至少一个碳硼烷基团或者可不含碳硼烷基团。
表述“取代或未取代的A(A为任意的取代基)”中的术语“取代的A”表示A中的至少一个氢原子被如下代替：表示为氘原子、卤素原子、羟基、氰基、硝基、氨基、肼基团、腙基团、羧基或其盐衍生物、磺酸基或磺酸盐(酯)衍生物、磷酸基或磷酸盐(酯)衍生物、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C1-C20烷氧基、C3-C20环烷基、C3-C20环烯基、C5-C20芳基、C5-C20芳氧基、C5-C20芳硫基、C3-C20杂芳基的基团，表示为N(Q1)(Q2)的基团和表示为Si(Q3)(Q4)(Q5)的基团。此处，Q1-Q5可彼此独立地为氢原子、氘原子、卤素原子、羟基、氰基、氨基、硝基、羧基、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C1-C20烷氧基、C3-C20环烷基、C3-C20环烯基、C5-C20芳基、C5-C20芳氧基、或C5-C30芳硫基、或C2-C30杂芳基。
例如，所述碳硼烷化合物可为表示为化学式2A-2P的化合物之一，但是不限于此。
<化学式2A> <化学式2B> <化学式2C>
<化学式2D> <化学式2E>
<化学式2F> <化学式2G>
<化学式2H> <化学式2I>
<化学式2J> <化学式2K>
<化学式2L> <化学式2M>
<化学式2N> <化学式2O>
<化学式2P>
在化学式2A-2P中，Z1和Z2可彼此独立地为氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、或者取代或未取代的C5-C20芳硫基。
复数数目的Z1和Z2可相同或不同，p和q为1-5的整数，并且n为0-10的整数。
Ar1、Ar2和Ar3可彼此独立地为取代或未取代的C5-C20亚芳基，a和b可为0-2的整数，并且c可为1-5的整数。
更特别地，所述碳硼烷化合物可为表示为化学式2A-2C的化合物之一，但是不限于此。
<化学式2A> <化学式2B> <化学式2C>
而且，所述碳硼烷化合物可为表示为化学式3A-3C的化合物之一，但是不限于此。
化学式3A 化学式3B
化学式3C 化学式3D
光折变复合物中的所述碳硼烷化合物的量可在相对于100重量份的所述光折变复合物0.1重量份-约5重量份的范围内。
根据示例性实施方式的光折变复合物可包括光电导性聚合物、非线性光学生色团、碳硼烷化合物和光敏剂。
所述光电导性聚合物、所述非线性光学生色团、和所述碳硼烷化合物如上所述，并且因此，不重复其描述。
所述光敏剂可通过被具有特定波长的光源例如可见光激发而产生电子和空穴。所述光敏剂可为，例如，C60富勒烯、苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、2,4,7-三硝基芴酮(TNF)、或者2,4,7-三硝基-9-亚芴基-丙二腈(TNFDM)。
<C60富勒烯> <PCBM>
<TNF> <TNFDM>
在示例性实施方式中，在光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约20重量份-约50重量份范围内的所述光电导性聚合物。在光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约20重量份-约50重量份范围内的所述非线性光学生色团。在光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约0.1重量份-约5重量份范围内的所述碳硼烷化合物。在光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约0.1重量份-约3重量份范围内的所述光敏剂。
根据其它示例性实施方式的光折变复合物可包括光电导性聚合物、非线性光学生色团、碳硼烷化合物、光敏剂和增塑剂。
所述光电导性聚合物、所述非线性光学生色团、所述碳硼烷化合物和所述光敏剂如上所述，并且因此将不重复其描述。
所述增塑剂通过降低光折变复合物的玻璃化转变温度而提高所述光折变复合物的材料的自由度。由此，所述增塑剂提高了所述光折变复合物的取向(定向)增强效应。因此，所述光折变复合物的光折变效率由于所述取向增强效应而提高。
所述增塑剂可为乙基咔唑(ECZ)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二庚酯(DHP)、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯(DOP)、邻苯二甲酸二辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸双十三烷基酯(DTDP)、邻苯二甲酸二环己基酯(DCHP)、邻苯二甲酸苄基丁基酯(BBP)、邻苯二甲酸丁基月桂基酯(BLP)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异癸酯(DIDA)、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二丁酯(DBS)、癸二酸二辛酯(DOS)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、二甘醇二苯甲酸酯(DEDB)、油酸丁酯(BO)、磷酸三(甲苯酯)(TCP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸三氯乙基酯(TCEP)、或者这些材料的混合物。
在示例性实施方式中，光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约30重量份-约60重量份范围内的光电导性聚合物。光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约20重量份-约50重量份范围内的所述非线性光学生色团。光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约0.1重量份-约5重量份范围内的所述碳硼烷化合物。光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约0.1重量份-约3重量份范围内的所述光敏剂。光折变复合物中可包括相对于100重量份的整个光折变复合物在约1重量份-约30重量份范围内的所述增塑剂。
下文中，现在将描述根据示例性实施方式的空间光调制器(SLM)。
图1为根据示例性实施方式的SLM的示意性截面图。
参照图1，SLM 100可包括第一电极10，面对第一电极10的第二电极30，和介于第一电极10和第二电极30之间的光折变层20。第一电极10可由包括Au、Al、ITO或IZO的材料形成，但是不限于此。第二电极30可由用于形成第一电极10的相同材料形成。
如前述示例性实施方式中所述，光折变层20可由包括光电导性聚合物、非线性光学生色团和碳硼烷化合物的光折变复合物形成。
当将具有相同波长的相干光照射到光折变层20上时，在其中发生相长干涉的部分处产生电荷。因此，通过所述电荷产生内电场。所述内电场改变光折变层20的折射率，并且在光折变层20中形成衍射光栅(diffraction grating)结构。SLM中形成的衍射光栅具有三维图像信息。因此，当将基准(reference)光束照射到SLM上时，在SLM周围显示三维图像。
在示例性实施方式中，由于在光折变层20中使用具有碳硼烷化合物的光折变复合物，根据光照射变化的电荷的重新分布速度提高。因此，光折变速度提高，并且因此，光调制速度提高。
现在将描述根据示例性实施方式的全息图像显示器。
图2为根据示例性实施方式的全息图像显示器的示意性截面图。
参照图2，全息图像显示器200可包括光源单元210、输入单元220、光学系统230、和显示单元240。
光源单元210产生用于提供、记录和再现输入单元220和显示单元240中的物体的三维图像信息的激光光束。
输入单元220输入物体的三维图像信息以预先记录在显示单元240中。输入单元220可将，例如，物体的三维图像信息(例如各空间中光的强度和相位)输入至电寻址液晶SLM 221。在这点上，可使用输入光束212。
光学系统230可包括镜子、起偏器(polarizer)、分束器(beam splitter)、光束快门(beam shutter)、和透镜。光学系统230可将从光源210产生的激光光束211分成送至输入单元220的输入光束212，传输至显示单元240的记录光束213、基准光束214、擦除光束215、和读取光束216。
显示单元240可接收来自输入单元220的物体的三维图像信息并且可将其记录在光学寻址SLM所配置的全息图像板241中，并且可再现所述物体的三维图像。在这点上，可通过记录光束213和基准光束214之间的干涉记录三维图像信息。全息图像板241的光学寻址SLM可使用上述SLM 100。全息图像板241中所记录的物体的三维图像信息可通过由读取光束216产生的衍射图案而再现为三维图像。擦除光束215可用于快速地恢复所形成的衍射光栅。同时，可将全息图像板241移动至三维图像的输入点和再现点之间的位置。
由于将上述SLM 100用于全息图像板241的光学寻址SLM中，因此，根据示例性实施方式的全息图像显示器200可由于快速的光学调制速度而具有提高的图像调制速度。
而且，上述的光折变复合物和SLM 100可应用于全息图像显示器200以及各种类型的全息图像显示器。
<示例性实施方式1>
通过将重量比49.4:30:20:0.5:0.1的PVK:PDCST:ECZ:PCBM:化学式2A(o-碳硼烷，Aldrich，购自捷克共和国的Katchem spol.s r.o.公司)溶解在甲苯溶剂中而制备光折变复合物溶液。在这点上，全部成分(PVK:PDCST:ECZ:PCBM:化学式2A(o-碳硼烷，Aldrich))相对于甲苯溶剂的重量比为4:1。
将所述光折变复合物溶液填充在通过间隔物隔开100μm的两ITO电极之间。之后，通过经由蒸发除去甲苯溶剂而形成在所述两电极之间具有光折变层的光折变器件。
<示例性实施方式2>
除了使用化学式3B的碳硼烷化合物代替o-碳硼烷(化学式2A)之外，通过示例性实施方式1的相同方法形成光折变器件。
化学式3B的碳硼烷化合物(化合物3B)通过以下工序合成。
<化合物3B>
中间体3B’的合成
将2g(4.9mmol)的4-二碘联苯、80mg的碘化铜和120mg的Pd(PPh3)2Cl2混合在100ml的甲苯/三乙胺(1/9体积比)中。将1.5mL苯基乙炔加至混合物中，然后回流24小时以产生固体。将产生的固体过滤并用甲醇洗涤以获得1.60g(产率：92%)的中间体3B’。通过元素分析证实了形成的中间体。对于C28H18，分析计算值为：C，94.88；H，5.12。实测值为：C，94.92；H，5.08。
化合物3B的合成
将1.0g(2.2mmol)的中间体3B’和0.6g(5.0mmol)的癸硼烷溶解在100ml甲苯中，并在室温下加入5当量Et2S(二乙基硫醚)且混合。将混合物回流并搅拌3天。加入甲醇以产生固体。将产生的固体过滤并在正己烷中重结晶以获得0.73g(产率：50%)的化合物3B(黄色)。通过元素分析证实了形成的化合物。对于C28H38B20，分析计算值为：C，56.92；H，6.48。实测值为：C，55.89；H，6.44。
<示例性实施方式3>
除了使用化学式3D的碳硼烷化合物代替o-碳硼烷(化学式2A)之外，通过示例性实施方式1的相同方法形成光折变器件。
化学式3D的碳硼烷化合物(化合物3D)通过以下工序合成。
<化合物3D>
中间体3D’的合成
中间体3D’以与用于制备中间体3B’相同的方式制备，除了使用4,4”-二碘-5'-(4-碘代苯基)-1,1’:3’,1”-三联苯代替4-二碘联苯。通过元素分析证实了形成的中间体。对于C48H30，分析计算值为：C，95.02；H，4.98。实测值为：C，94.99；H，5.01。
化合物3D的合成
化合物3D以与用于制备化合物3B相同的方式制备，除了使用中间体3D’代替中间体3B’。通过元素分析证实了形成的化合物。对于C48H60B30，分析计算值为：C，59.67；H，6.29。实测值为：C，59.62；H，6.30。
<对比例1>
除了不使用所述碳硼烷化合物之外，通过示例性实施方式1中使用的相同方法形成光折变器件。
示例性实施方式1和2以及对比例1的光折变复合物的组成比总结于表1中。
表1
电导率特性
图3为根据示例性实施方式1-3和对比例1的光折变器件的暗电导率对电场的图。
图3的暗电导率对电场的特性是通过在光不进入的条件下在向光折变器件施加电压的同时测量电导率而获得的。
参照图3，示例性实施方式1的光折变器件具有最低的暗电导率并且示例性实施方式1-3的光折变器件具有比对比例1的光折变器件低的暗电导率。这推测为：碳硼烷化合物由于其高的电子亲和性而有效地俘获电子，并且因此使电流减小。此外，推测：由于暗电导率低，光折变器件的效率提高。
图4为根据示例性实施方式1-3和对比例1的光折变器件的光电导率对电场的图。
图4的光电导率对电场的特性的结果是在将13mW的具有633nm波长的He-Ne激光照射至光折变器件的条件下获得的。
参照图4，根据示例性实施方式2-3的光折变器件的光电导率是最高的并且示例性实施方式1和对比例1的光折变器件的光电导率是几乎彼此类似的。
由以上可知，示例性实施方式的光折变器件的电导率特性优于已知光折变器件的那些。
以上是对示例性实施方式的说明并且不应被解释为对其进行限制。虽然已经描述了一些示例性实施方式，但是本领域技术人员容易理解，在实质上不背离该新颖教导的情况下，在示例性实施方式中许多改进是可能的。因此，意图将所有这样的改进包括在如权利要求中所定义的本公开内容的范围内。因此，应理解，以上是对各种示例性实施方式的说明而不应被解释为限于所公开的特定实施方式，并且意图将对所公开实施方式的改进、以及其它实施方式包括在所附权利要求的范围内。
Claims (22)
1.光折变复合物，包括：
表示为以下化学式1A-1C的至少一种碳硼烷化合物：
化学式1A 化学式1B 化学式1C
其中，R1和R2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C5-C60芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C5-C30芳氧基、和取代或未取代的C5-C30芳硫基，
其中所述光折变复合物呈现出光电导性和光学非线性。
2.权利要求1的光折变复合物，其中所述至少一种碳硼烷化合物为表示为以下化学式2A-2M的至少一种化合物：
化学式2C
化学式2D 化学式2E
化学式2F 化学式2G
化学式2H 化学式2I
化学式2J 化学式2K
化学式2L 化学式2M
其中，Z1和Z2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、和取代或未取代的C5-C20芳硫基，
Z1和Z2相同或不同，
p和q为1-5的整数，和
n为0-10的整数。
3.权利要求1的光折变复合物，其中所述取代的C5-C60芳基包括至少一个碳硼烷基团。
4.权利要求3的光折变复合物，其中所述至少一种碳硼烷化合物为表示为以下化学式2N-2P的至少一种化合物：
化学式2N 化学式2O
化学式2P
其中，Z1和Z2彼此独立地为选自如下的一种：氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C20烯基、取代或未取代的C2-C20炔基、取代或未取代的C1-C20烷氧基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C3-C20环烯基、取代或未取代的C5-C20芳基、取代或未取代的C2-C20杂芳基、取代或未取代的C5-C20芳氧基、和取代或未取代的C5-C20芳硫基，
Z1和Z2相同或不同，
p和q为1-5的整数，
Ar1和Ar3彼此独立地为取代或未取代的C5-C20亚芳基，
Ar2为取代或未取代的2-6价的C5-C20芳基，
a和b为0-2的整数，和
c为1-5的整数。
5.权利要求1的光折变复合物，其中所述至少一种碳硼烷化合物为表示为以下化学式2A-2C的至少一种化合物：
化学式2A 化学式2B 化学式2C
6.权利要求4的光折变复合物，其中所述碳硼烷化合物为表示为以下化学式3A-3D的至少一种化合物：
化学式3A 化学式3B
化学式3C 化学式3D
7.权利要求1的光折变复合物，其中所述至少一种碳硼烷化合物以相对于100重量份的所述光折变复合物0.1重量份-5重量份的量存在于所述光折变复合物中。
8.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
光电导性聚合物，其中所述光电导性聚合物选自：聚乙烯基咔唑(PVK)、聚硅氧烷咔唑、聚对苯撑乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚(烷基噻吩)、咔唑取代的聚硅氧烷(PSX-Cz)、聚(对苯二甲酸对苯二酯)咔唑(PPT-CZ)、聚丙烯酸三苯基胺盐(TATPD)、其衍生物、以及这些材料的混合物。
9.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
光电导性聚合物，其中所述光电导性聚合物以相对于100重量份的所述光折变复合物30重量份-60重量份的量存在于所述光折变复合物中。
10.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
非线性光学生色团，其中所述非线性光学生色团选自：4-哌啶基亚苄基丙二腈(PDCST)、2,5-二甲基-4-(对硝基苯基偶氮)苯甲醚(DMNPAA)、2-N,N-二己基-氨基-7-二氰基甲川-3,4,5,6,10-五氢萘(DHADC-MPN)、4-二(2-甲氧基乙基)氨基亚苄基丙二腈(AODCST)、氨基-噻吩基-二氧代氰基-吡啶(ATOP)、氟化的氰基-二苯乙炔生色团(FTCN)、二乙基氨基-硝基苯乙烯(DEANST)、以及这些材料的混合物。
11.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
非线性光学生色团，其中所述非线性光学生色团以相对于100重量份的所述光折变复合物20重量份-50重量份的量存在于所述光折变复合物中。
12.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
光敏剂。
13.权利要求12的光折变复合物，其中所述光敏剂选自：C60富勒烯、苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)、2,4,7-三硝基芴酮(TNF)、2,4,7-三硝基-9-亚芴基-丙二腈(TNFDM)、以及这些材料的混合物。
14.权利要求12的光折变复合物，其中所述光敏剂以相对于100重量份的所述光折变复合物0.1重量份-3重量份的量存在于所述光折变复合物中。
15.权利要求12的光折变复合物，其中所述光敏剂是通过具有在380nm-740nm范围内的波长的光源能激发的。
16.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
增塑剂。
17.权利要求16的光折变复合物，其中所述增塑剂选自：乙基咔唑(ECZ)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二庚酯(DHP)、邻苯二甲酸二-2-乙基己酯(DOP)、邻苯二甲酸二辛酯(DIOP)、邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)、邻苯二甲酸二壬酯(DNP)、邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)、邻苯二甲酸双十三烷基酯(DTDP)、邻苯二甲酸二环己基酯(DCHP)、邻苯二甲酸苄基丁基酯(BBP)、邻苯二甲酸丁基月桂基酯(BLP)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二异癸酯(DIDA)、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二丁酯(DBS)、癸二酸二辛酯(DOS)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、二甘醇二苯甲酸酯(DEDB)、油酸丁酯(BO)、磷酸三(甲苯酯)(TCP)、磷酸三辛酯(TOP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸(三氯乙基)酯(TCEP)、以及这些材料的混合物。
18.权利要求16的光折变复合物，其中所述增塑剂以相对于100重量份的所述光折变复合物1重量份-20重量份的量存在于所述光折变复合物中。
19.权利要求1的光折变复合物，进一步包括：
光电导性聚合物，其中，当所述光电导性聚合物吸收电磁辐射时，所述光电导性聚合物的电导率提高。
20.权利要求1的光折变复合物，其中，
所述至少一种碳硼烷化合物的光吸收区域在可见光区域中。
21.空间光调制器(SLM)，包括：
第一电极；
与所述第一电极对应的第二电极；和
在所述第一和第二电极之间的光折变层，其中所述光折变层包括至少一种权利要求1-20中任一项定义的碳硼烷化合物，
其中所述光折变层呈现出光电导性和光学非线性。
22.全息图像显示器，包括：
光源单元，其配置成照射用于记录和再现物体的三维图像的光，
输入单元，其配置成输入所述物体的三维图像信息，
显示单元，其包括根据21的空间光调制器(SLM)，其中所述显示单元配置成记录通过所述输入单元输入的所述物体的三维图像信息并且配置成通过使用从所述光源单元照射的光再现所述物体的三维图像；和
光学系统，其配置成将从所述光源单元照射的光传输至所述输入单元和所述显示单元。
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