技术领域
[0001] 本
发明属于液晶技术领域，具体涉及一种胆甾相液晶光栅图案聚合方法。
背景技术
[0002] 从广义上来说，具有周期性的空间结构或光学性能(如透射率、折射率)的衍射屏，统称光栅。光栅根据其工作方式分为两类，一类是
透射光栅，另一类是反射光栅。如果按其对入射光的调制作用来分类，又可分为振幅光栅和
相位光栅。
[0003] 液晶是介于液态与结晶态之间的一种物质状态。它除了兼有液体和晶体的某些性质(如流动性、
各向异性等)外，还有其独特的性质。液晶可分为
向列相、胆甾相、近晶相。由不对称性的
手性分子组成的液晶，也就是这种分子和镜像是不一致的，那么这就是胆甾相液晶。如图1所示，胆甾相液晶最主要的特点是分子的指向矢在空间中是围绕着螺旋轴自发的旋转，而且螺旋轴始终垂直于指向矢。指向矢的旋转取决于分子的结构，可以是右旋的也可以是左旋的。指向矢在空间旋转360°螺旋轴上的距离叫做
螺距(pitch,P)。螺距的大小可以随外界因素的变化而变化。胆甾相液晶也可以在一般的向列相液晶中加入一些手性分子而形成。由于分子的螺旋状排列，胆甾相液晶具有一系列独特光学性质。
[0004] 而胆甾相液晶光栅是基于胆甾相液晶在平面内的周期性排列的相位光栅，由于其在光束
调制器件上的应用前景，近几年也是研究的热点之一。根据非
专利文献胆甾相液晶光栅的条纹方向取决于液晶盒的厚度和胆甾相液晶螺距的比值还有基质的排列取向和所施加的
电压，如图2所示。
中间层液晶分子的方向决定了方向面，进而决定了条纹方向。这就意味着如若在条纹形成前改变中间层液晶分子的取向，并可改变再形成光栅的条纹方向。
现有技术中的液晶光栅在撤去电压的时候，光栅便会消失，不能保持，难以
图案化。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种胆甾相液晶光栅图案聚合方法。
[0006] 本发明的具体技术方案如下：
[0007] 一种胆甾相液晶光栅图案聚合方法，包括如下步骤：
[0008] (1)用透明的
导电性材料制备液晶盒，并对其进行
配向；
[0009] (2)向列相液晶、手性物质、聚合
单体和光引发剂以90～92:1～3:6～8:1～3的
质量比超声混合均匀，得液晶混合物，上述聚合单体为液晶聚合单体或非液晶聚合单体(优选为液晶聚合单体RM257)；
[0010] (3)将步骤(2)制得的液晶混合物加热至清亮点
温度之上，灌入步骤(1)配向好的液晶盒中，自然冷却；
[0011] (4)将按步骤(3)制得的液晶盒置于曝光系统光路中，对液晶盒施加交流电压，使得液晶盒中形成稳定的光栅，再进行曝光，曝光结束后即撤去交流电压，即得到特定图案的液晶光栅，其中所述样品正对曝光系统光路的
光源。
[0012] 在本发明的一个优选实施方案中，所述向列相液晶为E7、E48、5CB、MDA-00-3461、MDA-00-3506、ZLI 2293、ZLI 4788、BL006、BLO36和MLC 6608中的至少一种，所述手性物质为S811、R811、BDH1281、COC、R1011、R5011、CB15、MLC6248和BP-CD3中的至少一种，所述聚合单体为RM257、RM84、RM206、RM691、C6M、BAHB和SLC1717中的至少一种。
[0013] 在本发明的一个优选实施方案中，所述导电性材料为PVC、PE、聚酰亚胺、聚
碳酸酯、
纤维素纸、玻璃纸或玻璃，优选为ITO玻璃。
[0014] 在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的配向方法为摩擦配向法、
光配向法、斜向蒸
镀氧化
硅法或离子束取向法，
配向膜优选为聚酰亚胺PI、偶氮类光取向材料SD1或SDA1。
[0015] 在本发明的一个优选实施方案中，所述配向的材料为下述材料中的至少一种：偶氮染料及其衍
生物、聚酰亚胺及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物或
肉桂酸酯类及其衍生物。
[0016] 在本发明的一个优选实施方案中，所述光引发剂的引发波段为远紫外、近紫外、可见光、
近红外、
中红外或远红外波段，优选为Irgacure 127、Irgacure 184、Irgacure 651、Irgacure 784、Irgacure 819、Irgacure 1173、Irgacure 2202、Irgacure 2959和Chemcure-481中的至少一种。
[0017] 在本发明的一个优选实施方案中，所述曝光系统为静态有掩模系统或者动态无掩模系统。
[0018] 进一步优选的，所述静态有掩模系统为
接触式掩模系统、接近式掩模系统或投影式掩模系统。
[0019] 进一步优选的，所述动态无掩模系统为LCD动态无掩模系统、DMD动态无掩模系统或LCOS动态无掩模系统。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 本发明的方法在胆甾相液晶中加入光引发剂和液晶聚合单体，经曝光聚合后，即使撤去电压也可让光栅保持不变，并且，这种光栅具有良好的
稳定性，利用在光路中加入一套掩模系统，便可让光栅聚合稳定成
指定图案，该图案可以为商标、商品名等，还可应用于防伪，具有重要的潜在商业应用价值。
附图说明
[0022] 图1为胆甾相液晶示意图；
[0023] 图2为胆甾相液晶光栅示意图；
[0024] 图3为本发明
实施例所用曝光模板示意图；
[0025] 图4为本发明实施例1的曝光光路示意图；
[0026] 图5为本发明实施例1或3的结果示意图之一；
[0027] 图6为本发明实施例2的SD1分子式示意图；
[0028] 图7为本发明实施例2的ITO玻璃光取向示意图；
[0029] 图8为本发明实施例2曝光光路示意图；
[0030] 图9为本发明实施例1或3的结果示意图之二；
[0031] 图10为本发明实施例2结果示意图；
[0032] 图11为本发明实施例3的SDA1分子式示意图；
[0033] 图12为本发明实施例3曝光光路示意图；
具体实施方式
[0034] 以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0035] 实施例1
[0036] 本实施例为摩擦配向法对液晶盒配向。
[0037] 割取25mm×20mm尺寸的ITO玻璃，用ITO
清洗剂和去离子
水(比例为3:97)的混合溶液进行超声清洗40分钟，然后再用无水
乙醇超声清洗20分钟。在120℃的
烤箱中放置30分钟后，进行UVO清洗30分钟以增加浸润性和粘附性。将聚酰亚胺PI
旋涂在ITO玻璃导电层的表面上，旋涂参数为：低速旋涂5秒，转速800n/min，高速旋涂40秒，转速3000n/min。完毕后放在烤箱中以120℃烘干30分钟。
[0038] 将ITO玻璃的涂覆层放在摩擦配向机上摩擦配向，摩擦方向和ITO玻璃长边平行。在其中一片ITO玻璃片的导电层上均匀
喷涂直径为5um的空间粉，然后将两片玻璃片以摩擦方向反平行胶合做成液晶盒(导电层为内层)。将向列相液晶E7、手性物质S811、液晶聚合单体RM257和IRGACURE 651(质量比为91:2:7:1)超声混合完全均匀后(注意避光)，加热到65℃(清亮点61℃)，灌入液晶盒内。关闭加热箱，待其自然冷却。
[0039] 将所要曝光的图形模板(如图3)紧贴在液晶盒的一表面上，再把液晶盒4放置在如图4的光路中，其中，贴着模板的一面3要面向着光源。在液晶盒两端加上交流电压(方波，1KHz，峰值4.7V)。待液晶盒形成稳定的光栅后，打开激光光源1(405nm，5J/cm2)。1发射出的光束经过扩束
准直透镜2后，均匀照射于模板上，模板上透光部分，将会使液晶盒对应区域发生聚合反应，而不透光区域，液晶盒将不会发生聚合反应。曝光后(曝光剂量为5J/cm2)，关闭光源，撤去施加在液晶盒上的电压。将液晶盒放置于偏光
显微镜下观察，便可得到具有特定图案的液晶光栅，如图5所示。
[0040] 实施例2
[0041] 本实施例为光配向法对液晶盒配向。
[0042] 步骤和实施例1一样，只是将PI换成
有机溶剂DMF(N,N-Dimethylformamide,N,N二甲基甲酰胺)溶液，其中DMF溶液掺杂有偶氮类光取向材料SD1，分子式如图6。
[0043] 如图7，将ITO玻璃9放置在曝光光路上，涂覆层要面向光源。打开激光光源6(405nm)，激光透过格兰-泰勒棱镜7后成为线偏振光，偏振方向为水平方向，再经过扩束
准直透镜8扩束成均匀的面光束垂直曝光ITO玻璃20min，两片玻璃以相同条件曝光(曝光剂量为5J/cm2)获得均匀的竖直方向上的取向。在其中一片ITO玻璃片的导电层上均匀喷涂直径为5um的空间粉，然后将两片玻璃片以配向方向反平行胶合做成液晶盒(导电层为内层)。将向列相液晶E7、手性物质S811、液晶聚合单体RM257和IRGACURE 819(质量比为91:2:7:1)超声混合完全均匀后，加热到65℃(清亮点61℃)，灌入液晶盒内。关闭加热箱，待其自然冷却。
[0044] 把液晶盒放在如图8的光路中。在液晶盒14加入交流电压(方波，1KHz，4.7V)，待液晶光栅形成稳定后，打开紫外灯UV 10，紫外光经聚焦透镜11照射在具有特定图案的掩模板上12(如图8)，光束再经过投影物镜13入射于液晶盒上，曝光30s后关闭光源，撤去施加在液晶盒上的电压。将液晶盒放置于偏光显微镜下观察，便可得到具有特定图案的液晶光栅，如图10。
[0045] 实施例3
[0046] 本实施例为动态无掩模法对液晶盒进行曝光。
[0047] 步骤和实施例2一样，只是在DMF溶液中加入的是偶氮染料单体SDA1(分子式如图11)和聚合反应引发剂V-65。在旋涂完成后直接将ITO玻璃放置在如图7的光路中，参数和SD1曝光一样。
[0048] 曝光完成后，将两片ITO玻璃放置在150℃的加热箱中1h使得SDA1发生热聚合反应。
[0049] 如同实施例2，将ITO玻璃制成盒子并灌入液晶，并放入如图12的光路中，加上交流电压(方波、1KHz，4.7V)。激光光源15发射出激光经过扩束准直透镜16后，入射至由计算机控制的动态掩模系统17(可以是DMD、LCD、LCOS等)，在计算机中输入所要曝光的图形，如图3或图8，那么，经过曝光后的液晶盒在撤去电压后，在偏光显微镜下也能观察到如图5或图9的现象。
[0050] 本领域技术人员可知，上述技术参数在下述范围变化时，也能够得到与上述实施例相近或相同的技术性效果：
[0051] 一种胆甾相液晶光栅图案聚合方法，包括如下步骤：
[0052] (1)用透明的导电性材料制备液晶盒，并对其进行配向；
[0053] (2)向列相液晶、手性物质、聚合单体和光引发剂以90～92:1～3:6～8:1～3的质量比超声混合均匀，得液晶混合物，上述聚合单体为液晶聚合单体或非液晶聚合单体(优选为液晶聚合单体RM257)；
[0054] (3)将步骤(2)制得的液晶混合物加热至64～66℃，灌入步骤(1)配向好的液晶盒中，自然冷却；
[0055] (4)将所要曝光的样品紧贴步骤(3)制得的液晶盒的一表面上，再将该液晶盒置于曝光系统光路中，对液晶盒施加交流电压，使得液晶盒中形成稳定的光栅，再进行曝光，曝光结束后即撤去交流电压，即得到特定图案的液晶光栅，其中所述样品正对曝光系统光路的光源。
[0056] 所述向列相液晶为E7、E48、5CB、MDA-00-3461、MDA-00-3506、ZLI 2293、ZLI4788、BL006、BLO36和MLC 6608中的至少一种，所述手性物质为S811、R811、BDH1281、COC、R1011、R5011、CB15、MLC6248和BP-CD3中的至少一种，所述聚合单体为RM257、RM84、RM206、RM691、C6M、BAHB和SLC1717中的至少一种。
[0057] 所述导电性材料为PVC、PE、聚酰亚胺、聚碳酸酯、
纤维素纸、玻璃纸或玻璃。
[0058] 所述步骤(1)的配向方法为摩擦配向法、光配向法、斜向蒸镀氧化硅法或离子束取向法。
[0059] 所述配向的材料为下述材料中的至少一种：偶氮染料及其衍生物、聚酰亚胺及其衍生物、聚乙烯醇及其衍生物或肉桂酸酯类及其衍生物。
[0060] 所述光引发剂的引发波段为远紫外、近紫外、可见光、近红外、中红外或远红外波段，优选为Irgacure 127、Irgacure 184、Irgacure 651、Irgacure 784、Irgacure 819、Irgacure1173、Irgacure 2202、Irgacure 2959和Chemcure-481中的至少一种。
[0061] 所述曝光系统为静态有掩模系统或者动态无掩模系统。
[0062] 所述静态有掩模系统为接触式掩模系统、接近式掩模系统或投影式掩模系统。
[0063] 所述动态无掩模系统为LCD动态无掩模系统、DMD动态无掩模系统或LCOS动态无掩模系统。
[0064] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及
说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
