[发明专利]基于半导体与高分子光导复合取向层的实时向列液晶盒的制备和全息存储方法

说明书

技术领域

本发明涉及向列液晶盒及其全息存储方法，属于有机非线性光学材料与结构、实时全息存储、立体显示以及其他电光应用等技术领域。

背景技术

由于向列液晶分子在极低电场的作用下可以重新取向，因之产生折射率空间变化，亦即形成了很强的折射率光栅，因而被视为全息纪录的理想介质。自1994年以来利用液晶材料来记录可记可擦全息图的研究工作一度成为研究热点。但液晶材料中的相对较长的响应时间(～秒或更长)限制其在实际系统中的应用。人们利用光导基片，光导中介层与光导纳米棒来改良液晶盒响应，得到了极毫秒到几十毫秒的响应时间，但衍射效率低，兼顾响应时间与衍射效率对于实际应用至关重要。

发明内容

本发明是要解决现有的液晶盒响应速度慢或衍射效率低的技术问题，而提供基于半导体与高分子光导复合取向层的向列液晶盒的制备和全息存储方法。

本发明的基于半导体与高分子光导复合取向层的向列液晶盒的制备方法，按以下步骤进行：

一、将掺杂物加入到聚乙烯咔唑(Poly(N-vinylcarbazole)，PVK)中，混合均匀，得到混合粉末，掺杂物占混合粉末重量百分比的1.0～2.0wt％；再将混合粉末加入到溶剂中加热搅拌，得到有机溶液；其中掺杂物为足球烯C₆₀或C₇₀或三硝基芴酮(2,4,7-tri-nitrofluorenone)(TNF)；

二、将ITO(氧化锡铟，indium-tin-oxide)玻璃基底ITO膜一侧的中部区域用混合酸液腐蚀成预期的形状，依次放在丙酮和去离子水中超声清洗，烘干；

三、采用半导体靶材，通过电子束蒸镀，在经步骤二处理的ITO玻璃基底上沉积厚度为200nm～500nm半导体薄膜；然后再涂覆步骤一制备的有机溶液，在室温下无尘环境中阴干后，再放入烘箱中烘干形成厚度为20～60nm有机薄膜，得到带有复合光电导取向层的基片；

四、取两片复合光电导取向层基片，使复合光电导取向层相对，在复合光电导取向层外围两侧放两片厚度为1～80微米的垫片，然后用环氧树脂将两个基片的侧面与垫片粘接固定，得到对称空盒；

五、将步骤四得到的对称空盒放在装有向列液晶的容器中，然后将容器置入温度为50～70℃的真空烘箱中，抽真空至1.0mbar～0.5mbar保持2～4小时，利用虹吸作用对称空盒的两垫片中间空隙填充液晶，然后再调至常压，并降至室温，得到向列液晶盒。

上述的基于半导体与高分子光导复合取向层的向列液晶盒的全息存储方法，按下面的步骤进行：

将基于半导体与高分子光导复合取向层的向列液晶盒与直流电源相连，先给向列液晶盒施加2～4微秒的200～500伏的高压、然后再施加1～2毫秒的3～6伏的低压，在高压关闭的同时开启两束相干记录光，使液晶盒中液晶分子平均方向矢量的表面法线与两束相干记录光之间的角平分线的夹角不为零，进行全息存储。

本发明液晶盒中液晶分子平均方向矢量的表面法线与两束相干记录光之间的角平分线的夹角不为零，其目的是使得外加直流电压能够在两束相干记录光所形成的干涉条纹的波矢方向产生分压，从而能够在复合光电导取向层(ZnSe+PVK)中产生与光强分布相对应的空间电荷场，并有效提高载流子的漂移速率，提高全息光栅形成速率；两相干记录光形成的干涉条纹在复合光电导取向层(ZnSe+PVK)中所引起的空间电荷场会调制向列液晶薄膜，驱动液晶分子重新取向而建立的表面效应为主的全息光栅。纳米厚度的掺杂PVK层的加入回避了高密度载流子积累层与液晶层紧密接触带来的强散射与超高衍射级所引起的能量损失，且保留了ZnSe蒸镀层的纳米尺度的起伏的形貌。无需额外表面处理即可制备高质量的垂直于基板(homeotropical)的液晶盒。采用先高压后低压的分步加压法来提供快速表面电荷积累，并配合使两束相干记录光的在高压关闭后立即开启，这对快速全息纪录与擦除都是至关重要的。