JP2007071920A - ホログラム記録用感光性組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 屈折率変調に優れ、相溶性に優れ、かつ光重合反応性の高いホログラム記録用感光性組成物を提供すること。
【解決手段】 本発明のホログラム記録用感光性組成物は、活性プロトンを有する官能基を有する化合物と、光カチオン重合性化合物と、光重合開始剤と、を含んでなることを特徴としている。本発明のホログラム記録用感光性組成物は、屈折率変調に優れ、相溶性に優れ、かつ光重合反応性が高いという特徴を有している。また、本発明のホログラム記録用感光性組成物においては、活性プロトンを有する官能基が、水酸基又はフェノール性水酸基であってもよい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、体積型のホログラムを記録するために用いられる光性組成物（以下「ホログラム記録用感光性組成物」という。）に関し、更にはそれを用いて作製される体積型ホログラム記録用感光性媒体、ホログラムに関する。

体積型のホログラムは、物体を三次元で表現でき、高い回折効率、波長選択性を有すること、高度な製造技術が必要であることなどから、意匠用途、セキュリティー用途、光学素子用途として幅広く利用されている。かかる体積型ホログラムはコヒーレンス性（可干渉性）が高く、波長が等しい物体光と参照光とを干渉させて、体積型ホログラム記録用材料に入射し、物体に関する三次元情報を材料内部に干渉縞として記録することにより作製されるものである。この干渉縞は干渉光の明暗部分に対応した屈折率変調として記録される。近年、体積型のホログラム製造において湿式現像処理が不要で、量産可能な乾式タイプの体積型ホログラム記録用感光性組成物が注目されている。

上記乾式タイプの感光性組成物としては、デュポン社のオムニデックスシリーズが唯一量産レベルで市販されている。かかる材料は光ラジカル重合性モノマー、バインダーポリマー、光ラジカル重合開始剤、および増感色素を主成分とし、光重合性モノマーとバインダーポリマーとの屈折率差を利用したものである。すなわち、フィルム状に形成された当該感光性組成物を干渉露光すると、光が強い部分にて架橋反応が開始され、それに伴い重合性モノマーの拡散移動が起こる。結果として干渉光の光の強弱に応じて、重合性モノマーの疎密ができ、屈折率の差として現れる。

一方、下記特許文献１には、屈折率変調が高く、かつ透明性に優れる体積型ホログラム用組成物が開示されている。この材料系は、高屈折率のラジカル重合性化合物としてジアリルフルオレン骨格を有するモノマー、カチオン重合性化合物、およびバインダー樹脂を主成分としたものである。

また下記特許文献２には、高屈折率カチオン重合性化合物として、エポキシ基を有するフルオレン誘導体オリゴマーと、当該オリゴマーと屈折率の異なる重合性モノマーと光開始剤、増感剤とからなる組成物が開示されている。この材料系では、エポキシオリゴマーがカチオン重合により架橋構造となるため屈折率が高くなり、屈折率変調が増強されるとともに、透明性、耐熱性に優れるホログラム用感光性記録媒体が得ることができる。

更に、下記特許文献３には、高屈折率カチオン重合性化合物として、オキセタニル基を有するフルオレン誘導体オリゴマーと、当該オリゴマーと屈折率の異なる重合性モノマーと光開始剤、増感剤とからなる組成物が開示されている。この材料系では、オキセタニル基の高い反応性を利用したカチオン重合により、架橋構造をとり、硬化収縮の少ない、透明性、耐熱性に優れるホログラム用感光性記録媒体を得ることができる。

特許第２８４９０２１号 特許第３０７５０８２号 特開２００４−１３８８７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたホログラム用感光性組成物では、光重合性官能基としてアクリレート、メタクリレートに代表される光ラジカル重合性基を使用しているため、重合に伴う収縮が、特に寸法安定性が要求される光学素子やメモリーに応用する際の障害となっている。なお量産レベルで市販されている点において非常に有用であるが上記デュポン社のオムニデックスシリーズも同様の点において改良の余地を残している。

一方、エポキシ基を有するフルオレン誘導体をカチオン重合性組成物として用いる上記特許文献２に開示のホログラム用感光性組成物では、光重合性官能基であるエポキシ基を使用しており、光ラジカル重合における収縮は少ないものの、グリシジルタイプのエポキシ基を使用するため反応性が低く感度に問題がある。さらに、エポキシは吸湿性が高く、重合反応性や硬化後の膜物性が水分の存在下で影響を受けるといった問題や、エポキシ化合物では、大抵のものが変異原生が陽性であるため毒性の問題がある。

また、オキセタニル基を有する上記特許文献３に開示のホログラム用感光性組成物では、高い反応性を有する光重合性官能基であるオキセタニル基を使用して、エポキシ基を使用する低感度問題を克服した報告があるが、反応性についてはまだ十分とはいえず、更にカチオン硬化でありながらオキセタニル基自身が有する酸素による反応阻害、つまり酸素障害に問題がある。

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、屈折率変調に優れた体積型ホログラム記録用感光性組成物であって、相溶性に優れ、かつ光重合反応性の高いホログラム記録用感光性組成物、これを用いたホログラム記録用感光性媒体、ホログラムを提供することにある。

上記目的を達成すべく本発明者らが鋭意検討を行ったところ、体積型ホログラム記録用感光性組成物に、カチオン硬化性を飛躍的に高める官能基を有する化合を必須成分とし、光カチオン重合性化合物と光重合開始剤とを含んでなる体積型ホログラム記録用感光性組成物とすることにより、相溶性に優れ、かつ光重合反応性の高いホログラム記録用感光性組成物を得ることができることに想到した。

即ち、ホログラム記録要素生物において、活性プロトンを有する官能基を有する化合物と、光カチオン重合性化合物と、光重合開始剤と、を含んでなることを特徴とする。また、ここにおいて、活性プロトンを有する官能基は、水酸基又はフェノール性水酸基であることがより望ましく、更に望ましくは、活性プロトンを有する官能基を有する化合物が、下記一般式で表される多官能水酸基を有する化合物であることである。なお、この場合において、必要に応じ、バインダー樹脂、増感色素を含んでいることが望ましく、活性プロトンを有する官能基と光カチオン重合性化合物の官能基の比率が０．０００５以上０．１以下であることが望ましい。

また、本発明に係るホログラム記録用感光性媒体は、機材フィルムと、該機材フィルムに配置されるホログラム材料層とを有し、ホログラム材料層は、活性プロトンを有する官能基を有する化合物と、光カチオン重合性化合物と、光重合開始剤と、を含んでなることを特徴とする。

また、ここにおいて、活性プロトンを有する官能基は、水酸基又はフェノール性水酸基であることがより望ましく、更に望ましくは、活性プロトンを有する官能基を有する化合物が、下記一般式で表される多官能水酸基を有する化合物であることである。なお、この場合において、必要に応じ、バインダー樹脂、増感色素を含んでいることが望ましく、活性プロトンを有する官能基と光カチオン重合性化合物の官能基の比率が０．０００５以上０．１以下であることが望ましい。

以上、本発明は、活性プロトンを有する化合物を用いることで高感度で量産可能な理想的なホログラム記録用感光性組成物を実現でき、更に、これを用いて優れたホログラム記録用感光性媒体を得ることができる。

以下、本発明のホログラム記録用感光性組成物、ホログラム記録用感光性媒体、ホログラムについて、さらに詳細に説明する。

本実施形態に係るホログラム記録用感光性組成物は、活性プロトンを有する化合物を必須成分とし、更に光カチオン重合性化合物、バインダー樹脂を含み、必要に応じて増感色素などの他の成分を含有するものである。ここで上記一般式であらわされる活性プロトンを有する化合物は、カチオン硬化性を飛躍的に高める官能基である。

＜活性プロトンを有する化合物＞
活性プロトンを有する化合物は、カチオン硬化性を飛躍的に高めることができる官能基であって、この化合物としては水酸基を有する化合物、カルボン酸、燐酸、チオール等をあげることができ、これらのうちより好ましいものは水酸基である。活性プロトンを有する化合物としては、メタノール、エタノール、２−プロパノールなどのアルコール類、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多官能アルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコールなどのグリコール類、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノアセテートなどのエステル類、エチレングリコールモノアルキルエーテル類、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類、プロピレングリコールモノアルキルエーテル類，ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル類，ブチレングリコールモノアルキルエーテル類が挙げられる。また、これらの水酸基含有化合物にラクトン系の化合物を開環付加したオリゴマーを使用する事ができる。更に、フェノール、カテコール、ビフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ノボラック等のフェノール性水酸基を有する化合物等も使用する事ができる。これらの化合物は、単独であってもそれぞれ混合して使用しても良い。

また活性プロトンを有する化合物における水酸基と光カチオン重合性化合物の官能基の比率は、好ましくは０．０００５から０．１であり、更に好ましくは、０．００１から０．０５である。０．０００５より小さい場合には、十分なカチオン硬化を付与できず。また、０．１より大きいと十分な回折効率得ることができないためである。

＜光カチオン重合性化合物＞
光カチオン重合性化合物とは、光カチオン重合性を示す官能基を有する化合物である。光カチオン重合性を示す官能基は多く知られているが、特に実用性の高い物として、エポキシ基、ビニル基、オキセタニル基等が好適である。

エポキシ基を有する化合物としては、エポキシ基を有する限りにおいて得に限定されるわけではないが、例えば脂環式エポキシ樹脂を好適に用いることができる。脂環式エポキシ樹脂の例としては、ダイセル化学工業（株）製セロキサイド２０００、２０２１、３０００、ＥＨＰＥ３１５０ＣＥ；三井石油化学（株）製、エポミックＶＧ−３１０１：油化シェルエポキシ（株）製、Ｅ−１０３１Ｓ；三菱ガス化学（株）製、ＴＥＴＲＡＤ−Ｘ、ＴＥＴＲＡＤ−Ｃ；日本曹達（株）製、ＥＰＢ−１３，ＥＰＢ−２７等を好適に用いることができる。また、エポキシ基を有する化合物の他の例として、エポキシ基と（メタ）アクリル基を有するハイブリッド化合物を使用することができる。例えば、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレート、グリシジルメタクリレート、ビニルグリシジルエーテル等がある。なお、これらは、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。

ビニル基を有する化合物としては、ビニル基を有する限りにおいて得に限定されるわけではないが、例えば市販品としては、丸善石油化学社製の２−ヒドロキシエチルビニルエーテル（ＨＥＶＥ）、ジエチレングリコールモノビニルエーテル（ＤＥＧＶ）、２−ヒドロキシブチルビニルエーテル（ＨＢＶＥ）、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ＩＳＰ社製ＲＡＰＩ−ＣＵＲＥシリーズ、Ｖ−ＰＹＲＯＬ（登録商標）（Ｎ−Ｖｉｎｙ−２−Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、Ｖ−ＣＡＰＴＭ（Ｎ−Ｖｉｎｙｌ−２−Ｃａｐｒｏｌａｃｔａｍ）等を好適に用いることができる。また、α及び/又はβ位にアルキル、アリル等の置換基を有するビニル化合物も使用することができる。なお、これらは単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。

オキセタニル基を有する化合物としては、オキセタニル基を有する限りにおいて特に限定されるわけではないが、市販品としては、東亞合成社製３−エチル−３−（フェノキシメチル）オキセタン（ＰＯＸ）、ジ[１−エチル（３−オキセタニル）] メチルエーテル（ＤＯＸ）、３−エチル−３−（２−エチルヘキシロキシメチル）オキセタン（ＥＨＯＸ）、３−エチル−３−｛[３−（トリエトキシシリル）プロポキシ]メチル｝オキセタン（ＴＥＳＯＸ）、オキセタニルシルセスキオキサン（ＯＸ−ＳＱ）、フェノールノボラックオキセタン（ＰＮＯＸ−１００９）等を好適に用いることができる。また、オキセタニル基と（メタ）アクリル基を有するハイブリッド化合物を使用することができる。これらは単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。

＜バインダー樹脂＞
本ホログラム記録用観光性組成物に使用するバインダー樹脂としては、特に限定されるわけではないが、ポリメタアクリル酸エステル若しくはその部分加水分解物、ポリ酢酸ビニル若しくはその加水分解物、ポリビニルアルコール若しくはその部分アセタール化物、トリアセチルセルロース、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム、ポリスチレン、ポリビニルブチラール、ポリクロロプレン、ポリ塩化ビニル、ポリアリレート、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン若しくはその誘導体、ポリアリレート、スチレンと無水マレイン酸との共重合体若しくはその半エステル、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリルニトリル、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル等の共重合可能なモノマー群の少なくとも１つを重合成分とする共重合体等若しくはそれらの混合物を好適に用いることができる。

また、バインダー樹脂としては、オリゴマータイプの硬化性樹脂も用いることができる例えば、エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化ブタジエンスチレンブロック共重合体等の不飽和基含有エポキシ化樹脂が挙げられる。その市販品としては、ダイセル化学工業（株）製エポリードＰＢ、ダイセル化学工業（株）エポフレンドシリーズ（エポキシ化ＳＢＳ）、グリシジルメタクリレートとスチレンの共重合体、グリシジルメタクリレートとスチレンとメチルメタクリレートの共重合体である日本油脂（株）製 ＣＰ−５０Ｍ、ＣＰ−５０Ｓ、又はグリシジルメタクリレートとシクロヘキシルマレイミド等の共重合体等がある。

また、上記以外に他の特殊な構造を有するエポキシ化樹脂、例えば、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレートとスチレンの共重合体、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレートとスチレンとメチルメタクリレートの共重合体であるダイセル化学工業（株）製 セルトップ等もバインダー樹脂として好適に用いることができる。

更に、バインダー樹脂として、ノボラック型エポキシ樹脂（例えば、フェノール、クレゾール、ハロゲン化フェノールおよびアルキルフェノール等のフェノール類とホルムアルデヒドとを酸性触媒下で反応して得られるノボラック類とエピクロルヒドリン及び／又はメチルエピクロルヒドリンとを反応して得られるもの等。その市販品としては、日本化薬（株）製ＥＯＣＮ−１０３，ＥＯＣＮ−１０４Ｓ，ＥＯＣＮ−１０２０，ＥＯＣＮ−１０２７，ＥＰＰＮ−２０１，ＢＲＥＮ−Ｓ：ダウ・ケミカル社製、ＤＥＮ−４３１，ＤＥＮ−４３９：大日本インキ化学工業（株）製，Ｎ−７３，ＶＨ−４１５０等がある）、ビスフェノール型エポキシ樹脂（例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ及びテトラブロムビスフェノールＡ等のビスフェノール類とエピクロルヒドリンとを反応させてえられるものや、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルと前記ビスフェノール類の縮合物とエピクロルヒドリンとを反応させ得られるもの等。その市販品として、油化シェル（株）製、エピコート１００４、エピコート１００２；ダウケミカル社製ＤＥＲ−３３０，ＤＥＲ−３３７等）、トリスフェノールメタン、トリスクレゾールメタン等のエピクロルヒドリン及び／又はメチルエピクロルヒドリンとを反応させて得られるもの等。その市販品として、日本化薬（株）製ＥＰＰＮ−５０１，ＥＰＰＮ−５０２等）、トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート、ビフェニルジグリシジルエーテル等も好適に用いることができる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても、混合して用いてもよい。

なお、上記のバインダー樹脂はいずれも好適に用いることができるが、記録されたホログラムの安定化工程である加熱によるモノマー移動の工程等を用いる場合には、これらのバインダーポリマーは、好ましくはガラス転移温度が比較的低いような、モノマー移動を容易にすることができるものであることが好ましい。

また、バインダー樹脂として、ゾルゲル反応を利用した有機−無機ハイブリッド樹脂を使用することもできる。有機−無機ハイブリッドポリマーの一例としては、下記一般式で表記される重合性基を有する有機金属化合物とビニルモノマーの共重合体が挙げられる。

（式中、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ又はＳｅ等の金属、Ｒは炭素数１〜１０のビニル基、または（メタ）アクリロイル基、Ｒ’は炭素数１〜１０のアルキル基を表し、ｍ＋ｎは金属Ｍの価数を表す。）

なお、上記一般式における金属としてＳｉを使用する場合の化合物例としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリアリルオキシシラン、ビニルテトラエトキシシラン、ビニルテトラメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

また、上記ビニルモノマーとしては、例えばアクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、およびメタクリル酸エステル類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

更に、バインダー樹脂と光重合性化合物との屈折率差を向上させるため、下記一般式であらわされる有機金属化合物を本ホログラム記録用観光性組成物中に添加することもできる。

（式中、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ又はＳｅ等の金属、Ｒ”は炭素数１〜１０のアルキル基を表し、ｎ’は金属Ｍの価数を表す。）

なお上記化合物を上記バインダー樹脂に添加すると、水、酸触媒の存在下でゾルゲル反応により、バインダー樹脂と当該化合物とが網目構造を形成するため、バインダー樹脂の屈折率を上げるだけでなく、膜の強靭性、耐熱性を向上させる効果もある。光重合性化合物との屈折率差を上げるため、金属（Ｍ’）には出来るだけ高い屈折率を持つものを使用することが好ましい。

本ホログラム記録用感光性組成物の好ましい態様として、光カチオン重合性化合物以外の光重合性化合物を組み合わせて使用することもできる。他の光重合性化合物としては例えば光ラジカル重合性化合物を挙げることができ、この例として、少なくとも一つの付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を持つ化合物が挙げることができる。より具体的名例としては不飽和カルボン酸、その塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド結合物等が挙げられる。

不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステルの例としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルが挙げられ、アクリル酸エステルの具体的な例としてはエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、１，３−ブタンジオールジアクリレート、テトラメチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリ（アクリロイルオキシプロピル）エーテル、トリメチロールエタントリアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、１，４−シクロヘキサンジオールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールジアクリレート、ジペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ソルビトールトリアクリレート、ソルビトールテトラアクリレート、ソルビトールペンタアクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、トリ（アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレート、ポリエステルアクリレートオリゴマー、２−フェノキシエチルアクリレート、２−フェノキシエチルアクリレート、フェノールエトキシレートモノアクリレート、２−（ｐ−クロロフェノキシ）エチルアクリレート、ｐ−クロロフェニルアクリレート、フェニルアクリレート、２−フェニルエチルアクリレート、ビスフェノールＡの（２−アクリルオキシエチル）エーテル、エトキシ化されたビスフェノールＡジアクリレート、２−（１−ナフチルオキシ）エチルアクリレート、ｏ−ビフェニルアクリレート、ｏ−ビフェニルアクリレート、９，９−ビス（４−アクリロキシジエトキシフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−アクリロキシトリエトキシフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−アクリロキシジプロポキシフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−アクリロキシエトキシ−３−メチルフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−アクリロキシエトキシ−３−エチルフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−アクリロキシエトキシ−３，５−ジメチル）フルオレン等が挙げられる。なお、メタクリル酸エステルの具体例としては、上記アクリル酸エステル化合物のうち、化合名における「アクリレート」が「メタクリレート」に、「アクリロキシ」が「メタクリロキシ」に、「アクリロイル」が「メタクリロイル」になる化合物が挙げられる。

また、特開昭６１−７２７４８号公報に開示されている硫黄含有アクリル化合物を使用することもでき、例えば、４，４’−ビス（β−アクリロイルオキシエチルチオ）ジフェニルスルホン、４，４’−ビス（β−アクリロイルオキシエチルチオ）ジフェニルケトン、４，４’−ビス（β−アクリロイルオキシエチルチオ）−３，３’、５，５’−テトラブロモジフェニルケトン、２，４−ビス（β−アクリロイルオキシエチルチオ）ジフェニルケトンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、他の光重合性化合物のうち、光カチオン重合性化合物としては、エポキシ環やオキセタン環に代表される環状エーテル類、チオエーテル類、ビニルエーテル類等が挙げられる。具体例として、エポキシ環含有化合物である、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ジグリセロールトリグリシジルエーテル、ジグリシジルヘキサヒドロフタレート、トリメチロールプロパンジグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ただし、水酸基等のカチオン硬化性を飛躍的に高める官能基を有するものを使用する場合は、カチオン硬化性を飛躍的に高める官能基を有する化合物添加量を調整し、系中の水酸基と光カチオン重合性化合物の官能基の比率を、０．０００５から０．１にコントロールすることが好ましい。

＜光重合開始剤＞
光カチオン重合可能な化合物を使用する場合の光カチオン重合開始剤としては、以下に限定されるわけではないが、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、芳香族ホスホニウム塩、混合配位子金属塩、（η６−ベンゼン）（η５−シクロペンタジエニル）鉄（ＩＩ）、シラノール−アルミニウム錯体等を好適に用いることができる。

また、光ラジカル重合可能な化合物を使用する場合の光ラジカル重合開始剤としては、以下に限定されるわけではないが、１，３−ジ（ｔ−ブチルジオキシカルボニル）ベンゾフェノン、３，３’、４，４’−テトラキス（ｔ−ブチルジオキシカルボニル）ベンゾフェノン、Ｎ−フェニルグリシン、２，４，６−トリス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、３−フェニル−５−イソオキサゾロン、２−メルカプトベンズイミダゾール、又はイミダゾール二量体類等を好適に用いることができる。

更に、光ラジカル重合と光カチオン重合を併用するいわゆるハイブリッド型材料である場合には、上記それぞれの光重合開始剤を混合して使用することもできるし、一種の開始剤で双方の重合を開始させる機能を有する光重合開始剤を使用することもできる。双方の重合を開始させることができるものとしては、以下に限定されるわけではないが、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩等を好適に用いることができる。

なお光重合開始剤は、記録されたホログラムの安定化の観点から、ホログラム記録後に分解処理されるのが好ましい。また、光重合開始剤の添加される量は、光カチオン、光ラジカルそれぞれの合計である硬化性基質１００重量部に対して０．１〜３０重量部であることが望ましく、より望ましくは１〜１０重量部である。

＜増感色素＞
増感色素は、ホログラム記録時における感光性能を増幅するために必要に応じて添加されるものであり、以下に限定されるわけではないが、チオピリリウム塩系色素、メロシアニン系色素、キノリン系色素、スチリルキノリン系色素、ケトクマリン系色素、チオキサンテン系色素、キサンテン系色素、オキソノール系色素、シアニン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム塩系色素等を好適に用いることができる。

なお増感色素は、光学素子用途のホログラムなど高透明性が要求される場合には、ホログラム記録後の後工程において、加熱や紫外線照射により分解等し、使用される光の波長領域（例えば可視光領域）において無色になるものが好ましい。また、増感色素の添加される量は、光重合開始剤を１００重量部とした場合に０．０１〜２０重量部の範囲内であることが望ましく、より望ましくは０．０１〜１０重量部である。

＜ホログラム記録用感光性媒体＞
次に、本ホログラム記録用感光性媒体について説明する。本ホログラム記録用感光性組成物は、上述したホログラム記録用感光性組成物を溶剤に溶解し又は溶融して塗工液とし、基材フィルム上に塗布し、乾燥させることにより得ることができる。

上記溶剤としては、ホログラム記録用感光性組成物を溶解できる限りにおいてさまざまなものを用いることができ、以下に限定されるわけではないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロルベンゼン、テトラヒドロフラン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、酢酸エチル、１，４−ジオキサン、１，２−ジクロロエタン、ジクロルメタン、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール等、またはそれらの混合溶剤を好適に用いることができる。

塗工液を塗布する基材フィルムとしては、透明性を有するものであればよく、以下に限定されるわけではないが、例えば、ポリエチレンフイルム、ポリプロピレンフイルム、ポリフッ化エチレン系フイルム、ポリフッ化ビニリデンフイルム、ポリ塩化ビニルフイルム、ポリ塩化ビニリデンフイルム、エチレン−ビニルアルコールフイルム、ポリビニルアルコールフイルム、ポリメチルメタクリレートフイルム、ポリエーテルスルホンフイルム、ポリエーテルエーテルケトンフイルム、ポリアミドフイルム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合フイルム、ポリエチレンテレフタレートフイルム等のポリエステルフイルム、ポリイミドフイルム等の樹脂等を好適に用いることができる。

また本ホログラム記録用感光性媒体において、塗工液を乾燥させることにより得られるホログラム材料層の厚みは１〜１００μｍの範囲にあることが望ましく、より望ましくは５〜４０μｍの範囲である。よって塗工液を基材フィルム上に塗布する塗工液の厚みは、これにあわせて適宜調整することが好ましい。また、基材フィルムの厚みは特に限定されるわけではないが、透明性を確保する観点から膜厚が２〜２００μｍの範囲にあることが望ましく、より望ましくは１０〜５０μｍの範囲である。

上記塗工液を基材上に塗布する方法としては、従来の技術を用いることができるが、例えば、スピンコーター、グラビアコーター、コンマコーター、バーコーター等の方法を用いることができる。また、塗工液とした時の粘度が低い場合は、例えば一対の基板（例えばガラス板等）の間に塗工液を挟み込み、この一対の基板の周囲を封止してホログラム記録用感光性媒体を作製することができる。

乾燥後の体積型ホログラム材料層に粘着性がある場合、上記一対の基板の間に塗工液を挟みこむ方法以外に、保護フィルムにより基材フィルム及びホログラム材料層をラミネートすることも好適である。なおこの場合、ラミネートフィルムと保護フィルム、体積型ホログラム材料層との接触面は、後からはがしやすいように離型処理を施しておくことも基分けて有用である。

本ホログラム記録用感光性媒体にホログラムを記録する方法としては、従来から知られている様々な方法を用いることができ、いかに限定されるわけではないが、例えば、まずホログラム記録用感光性媒体のホログラム材料層に原版を密着させ、透明基材フィルム側から可視光、あるいは紫外光や電子線のような電離放射線を用いて干渉露光を行うことにより体積型ホログラムを記録する方法（密着露光方式）を好適に用いることができ、また、媒体がガラスやフィルムに挟まれている場合においては、原版とガラス又はフィルムの間にインデックスマッチング液を介して密着させ、原版とは反対の側からホログラム材料層にレーザ光を入射し、この入射レーザ光と原版から反射するレーザ光との干渉を用いて記録する方法、レーザ光を二方向に分割し、一方を直接ホログラム材料層に入射し、他方を記録したい物体に入射し、物体からの反射光と直接入射光との干渉により記録する方法、一般的にコリニア方式と呼ばれているデータ光と参照光を同一方向から照射し、干渉光として体積方向に記録する方法などを好適に用いることができる。

なお、上記ホログラムの記録に用いられる光としては、可視レーザー（例えば、アルゴンイオンレーザー（４５８ｎｍ、４８８ｎｍ、５１４．５ｎｍ）、クリプトンイオンレーザー（６４７．１ｎｍ）、ヘリウム−ネオンイオンレーザー（６３３ｎｍ）、ＹＡＧレーザー（５３２ｎｍ）、半導体レーザー（４０５ｎｍ））等からのレーザー光を好適に用いることができる。また、屈折率変調の促進、重合反応完結のために、干渉露光後、紫外線による全面露光や加熱等の処理を適宜行うことも好適である。

本ホログラム記録用感光性組成物を用いたホログラムの記録メカニズムは、以下のように説明される。すなわち、フィルム状に形成された当該感光性組成物をレーザにより干渉露光すると、光が強い部分にて光カチオン重合が開始され、それに伴い、光カチオン重合性化合物の濃度勾配ができ、光が弱い部分から光が強い部分に当該光カチオン重合性化合物の拡散移動が起こる。その結果、干渉光の強弱に応じて、光カチオン重合性化合物の疎密ができ、屈折率差として現れるため、ホログラムを記録することができるようになるのである。

また、ホログラム記録用感光性組成物中にバインダー樹脂が含まれる場合、光カチオン重合性化合物とバインダー樹脂との屈折率差により、ホログラムを記録することができる。バインダー樹脂の含有の有無にかかわらず、レーザによる干渉露光後の加熱により屈折率変調を促進することができるが、特に、バインダー樹脂を含有する場合には、加熱温度をバインダー樹脂のガラス転移温度付近にすることにより、よりモノマー移動を促進し、屈折率変調量（Δｎ）を増加させることができる。

以下、上記実施形態に係るホログラム記録用感光性組成物を用いて実際にホログラムの作製効果の確認を行った。以下説明する。

（実施例１〜４）
下記組成のホログラム記録用感光性組成物塗工液を調製し、この塗工液を縦横７６×５２ｍｍ、厚さ１．３ｍｍのガラス板上に、乾燥後の膜厚が２０μｍとなるようにスピンコート法により成膜し、十分にシクロヘキサノンを飛ばした後、体積型ホログラム記録用感光性媒体を作製した。なお、実施例１〜４は加えたトリメチロールプロパンの重量以外はほぼ同様としており、この量については下記表１に示される。

ポリスチレン樹脂 ４３重量部
トリメチロールプロパン（ＴＭＰ、東京化成工業社製） ０．２〜３重量部
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（セロキサイド２０２１Ｐ; ダイセル化学工業社製） １００重量部
ジアリールヨードニウム塩（ＰＩ２０７４；ローディア製） ５重量部
３，３’−カルボニルビス[７−（ジエチルアミノ）クマリン] ０．１５重量部
シクロヘキサノン １７２重量部

次に、得られたホログラム記録用感光性媒体を４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザー光を用いて物体光、参照光をホログラム乾板に対して共に４５°の角度で入射させることにより、ホログラムを記録した。次いで、加熱によりホログラム記録用感光性組成物を固化させ、固定化された体積型ホログラムを得た。

そして、得られたホログラムに対し分光光度計（日本分光社製Ｖ−５００）透過率測定を行い、回折効率を算出した。この結果を表１に示す。

（実施例５、６）
本実施例は、実施例１においてトリメチロールプロパンをネオペンチルグリコールに変えた以外はほぼ実施例１と同様とし、実験を行った。ネオペンチルグリコールの添加量および露光量１０ｍＪ／ｃｍ^２における回折効率をそれぞれ表１に示す。

（比較例１）
下記組成の体積型ホログラム記録用感光性組成物塗工液を調製し、実施例１と同様にして、体積型ホログラム記録用感光性媒体を得、さらに、実施例１と同様の方法により、回折効率を測定した。この結果、回折効率が１５％に至るまでの最低露光量は３０ｍＪ／ｃｍ^２となった。

ポリスチレン樹脂 ４３重量部
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（セロキサイド２０２１Ｐ;ダイセル化学工業社製） １００重量部
ジアリールヨードニウム塩（ＰＩ２０７４；ローディア製） ５重量部
３，３’−カルボニルビス[７−（ジエチルアミノ）クマリン] ０．１５重量部
シクロヘキサノン １７２重量部

（実施例７〜１０）
下記組成のホログラム記録用感光性組成物塗工液について、ε−カプロラクトントリオールの量を各々調製し、実施例１と同様にして、体積型ホログラム記録用感光性媒体を得、さらに、実施例１と同様の方法により回折効率を測定した。この結果を表２に示す。この結果、記録感度及び回折効率に良好な結果が得られた。ＰＣＬが０．５〜１重量部の範囲において、記録感度及び回折効率に良好な結果が得られ、０．５重量部における回折効率１５％に至るまでの露光量は１０ｍＪ／ｃｍ^２となった。

ポリスチレン樹脂 ４３重量部
ε−カプロラクトントリオール（ＰＣＬ３０３、ダイセル化学工業社製）
０．５〜１０重量部
３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（セロキサイド２０２１Ｐ; ダイセル化学工業社製） １００重量部
ジアリールヨードニウム塩（ＰＩ２０７４；ローディア製） ５重量部
３，３’−カルボニルビス[７−（ジエチルアミノ）クマリン] ０．１５重量部
シクロヘキサノン １７２重量部

以上により、本ホログラム記録用感光性組成物は、活性プロトンを有する化合物を用いることによりカチオン硬化性を飛躍的に高め、高感度で量産可能な理想的なホログラム記録用感光性組成物を実現することができ、更にこれを用いて優れたホログラム記録用感光性媒体、ホログラムを得ることができる。

以上のとおり、本発明は体積型ホログラム記録用感光性組成物に関し、更にはこれを用いて体積型ホログラム記録用感光性媒体、体積型ホログラムを実現できるという産業上の利用可能性を有している。

Claims (12)

1. 活性プロトンを有する官能基を有する化合物と、光カチオン重合性化合物と、光重合開始剤と、を含んでなるホログラム記録用感光性組成物。
2. 前記活性プロトンを有する官能基が、水酸基又はフェノール性水酸基であることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録用感光性組成物。
3. 前記活性プロトンを有する官能基を有する化合物が、下記一般式で表される多官能水酸基を有する化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載のホログラム記録用感光性組成物。
   

   
4. 前記活性プロトンを有する官能基と光カチオン重合性化合物の官能基の比率が０．０００５以上０．１以下であることを特徴とする実施例１乃至３のいずれかに記載のホログラム記録用感光性組成物。
5. バインダー樹脂も含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のホログラム記録用感光性組成物。
6. 増感色素も含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のホログラム記録用感光性組成物。
7. 機材フィルムと、該機材フィルムに配置されるホログラム材料層とを有する体積型ホログラム記録用感光性媒体であって、
   前記ホログラム材料層は、活性プロトンを有する官能基を有する化合物と、光カチオン重合性化合物と、光重合開始剤と、を含んでなるホログラム記録用感光性媒体。
8. 前記ホログラム材料層における前記活性プロトンを有する官能基が、水酸基又はフェノール性水酸基であることを特徴とする請求項７記載のホログラム記録用感光性媒体。
9. 前記ホログラム材料層における前記活性プロトンを有する官能基が、下記一般式で表される多官能水酸基を有する化合物であることを特徴とする請求項７又は８に記載のホログラム記録用感光性媒体。
   

   
10. 前記ホログラム材料層における前記活性プロトンを有する官能基と光カチオン重合性化合物の官能基の比率が０．０００５以上０．１以下であることを特徴とする実施例７乃至９のいずれかに記載のホログラム記録用感光性媒体。
11. 前記ホログラム材料層が、バインダー樹脂も含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のホログラム記録用感光性媒体。
12. 増感色素も含むことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のホログラム記録用感光性組媒体。