[发明专利]用于全息摄影的光聚合物薄膜

说明书

本发明涉及折射率成像（全息摄影），更确切地说，涉及一种光聚合物薄膜，该薄膜对用来记录影像的辐射线有良好的响应性能。

能够记录相位全息图，尤其是反射全息图的一些材料，因其各种各样的应用而在最近得到了重视，这些应用如图表技术，光学偶合装置，平视显示装置，陷波滤波器，等等。由于其高的折射率调制值（即高的衍射效率）和宽的带宽响应，重铬酸化的明胶一直是制备全息图所选择的材料。然而，重铬酸化的明胶具有较短的贮存寿命，以及在该材料被成像而含有全息图后，需要用湿法加工。由于重铬酸化的明胶较差的贮存寿命，它须在成像前的短时间内制备，或使用预坚膜的明胶，但这又会降低影像效率。

光聚合物薄膜已被建议用作重铬酸化的明胶的替代物，例如，Haugh的美国专利3，658，526公开了由可光聚合的薄膜通过对相干光源曝光而制备稳定的，具有高解像力的全息图。然而，Haugh公开的材料仅提供了对可见光辐射有限的影像响应，并且其应用仅限于透过全息图，即只有通过使光线透过该材料才能看到全息图。这种材料具有很小或根本没有反射效率，因此，在需要利用反射全息图的一些重要用途上，它不适用。

可以用来用记录透过和反射全息图的优良的光聚合物薄膜，最近在已出版的欧洲专利局专利申请89100495.4和89100498.8中已有公开。这些光聚合物薄膜可用通常的方式通过对相干光源曝光而成像，随后用加热或光泛射的方法使全息影像定影。用前述专利申请公开的各种技术可提高成像薄膜的效率。

已经发现，特定的光聚合物薄膜的膜速度，可以通过向该膜组合物中加入丙烯酸酐而增大。这里应用的“膜速度”这个术语的意思是指，在热加工后，能够得到记录全息图的反射效率大于90%所需要的能量。较高的膜速度不仅可以使生产速度提高，而且还能减少影像加工中，由于仪器的振动而产生带有缺陷的全息图的趋势。因此，本发明提供了一种用于折射率成像的光聚合物薄膜，它的基本组成如下：

（a）大约25%到90%的聚乙酸乙烯酯粘合剂;

（b）具有能够有效地提高膜速度需要量的丙烯酸酐;

（c）大约5%到60%的烯基不饱和单体;

（d）大约0到25%的增塑剂;和

（e）大约0.1%到10%的光引发剂;

其中所述的百分比是以膜的总重量而计算的重量百分比。

光聚合物薄膜通常是固态的，透明的，同时还需要有足够的柔软性，以便它能够紧密地与表面相接触（例如，风挡玻璃，头盔上的观望器或玻璃层），而这些表面最终要被粘上一层这种光聚合物薄膜。该膜的组份包括，聚乙酸乙烯酯粘合剂，烯基不饱和单体，丙烯酸酐，任意的增塑剂和其它通常用于光聚合物薄膜物体系中的组份，以及光引发体系。在如下所描述的对相干光曝光之后，单体聚合形成较高分子量的聚合物，与膜的未曝光区域相比，曝光部分具有不同的折射率和流变学特性。虽然膜通常是固态的，但在对相干光源曝光之前，之中，之后其组分都可扩散转移，直到最后用均一地对光化辐射曝光或用升高温度进行热处理的方法来使其定影为止。这种膜通常代表性的具有大约1-100微米的厚度。较薄的膜一般不能获得有用的反射效率。

这种薄膜反射的辐射线（例如光）具有一个光谱的和角度的带宽，这种带宽是由该膜的厚度和折射率调制值决定的。因此，膜的厚度必须与实际应用以及光学体系的光学要求相匹配，光学要求就是在实际应用中（“显示源”）用来照射全息图的光的带宽。一般地，相对较厚的薄膜将被选用在窄带宽的应用场合，相对较薄的薄膜将被选用在宽带宽的应用场合。聚乙酸乙烯酯粘合剂可以是均聚物，或含有共聚单体，例如乙基乙烯醚，它可调变薄膜的化学及机械性能，例如溶解性，混溶性，粘附性，柔软性，或坚硬性。

从结果来看，丙烯酸酐在一些组合物中可用来增加膜速度，但其原因还不得了解。采用丙酸酐或不饱和酸酐如甲基丙烯酸酐和肉桂酸酐还没有取得过相似的结果。同样，当用聚乙烯醇缩丁醛作为粘合剂而向组合物中加入丙烯酸酐时，也没有观察到膜速度有任何改善。

这种薄膜含有至少一种烯基不饱和单体。此单体能够进行自由基引发的加成聚合反应，具有高于100℃的沸点，能够与涂覆溶剂以及选择的粘合剂混溶。该单体通常将在末端位置上含有不饱和基团。一般是选择液态单体，但固态单体也可被选择以增加其优越性，通常是与一种或多种液态单体结合使用，只要固态单体在通常的固体膜组合物中能够扩散转移。