JP5485548B2 - 有機−ジルコニア複合微粒子を含む感光性組成物 - Google Patents
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Description
これらの応用では高い屈折率変化と記録感度が通常要求される。加えて、ホログラフィック露光時に生じるポリマー化に伴う重合収縮による記録されたホログラムの機械的な歪みから生じる再生光品質の劣化を防ぐため、低重合収縮性も要求される。
かかる欠点を克服する乾式のホログラム感光材料として、デュポン社のオムニデックスシリーズが広く知られている。この材料はラジカル重合モノマーとバインダーポリマー、光ラジカル重合開始剤、増感色素を主成分として、ラジカル重合モノマーとバインダーポリマーの屈折率差を利用してホログラムを記録するものである。すなわち、フィルム状に形成された該感光性組成物を干渉露光すると、光が強い部分にてラジカル重合が開始され、それに伴いラジカル重合モノマーの濃度勾配ができ、光が弱い部分から強い部分にラジカル重合モノマーの拡散移動が起こる。結果として干渉光の強弱に応じて、ラジカル重合モノマー密度および重合したポリマーの密度の疎密ができ、それらとバインダーポリマーの屈折率の差としてホログラムが形成される。この材料系は現状報告されているホログラム用フォトポリマーとしては高性能であるが、30μm程度の厚みに限定されること、そして、耐熱性、透明性に問題が指摘されている。
また、無機物質ネットワークと光重合性モノマーを併用した材料系が開示されている(特許文献3参照。)。ネットワークを形成し得る無機材料をバインダーとして用いる場合には、耐熱性、対環境性、機械強度に優れると共に、光重合性の有機モノマーとの屈折率差を大きく取れるという利点があるが、この材料系で形成したホログラム記録膜はどちらかと言えば脆くて、柔軟性や加工性、コーティング適性に劣るという問題点、及び無機バインダーと有機モノマーとの相溶性が良くないので、均一な塗工材料を調整するのが困難という問題点がある。
また、有機−無機ハイブリッドポリマーと光重合反応性基を有する有機金属微粒子を用いたホログラム記録材料が開示されている(特許文献5参照。)。しかし、この発明では干渉縞を固定する為に加熱及び紫外線重合が必要となり、工業プロセスとして課題がある。
すなわち、本発明は、第1観点として、パターン露光によってパターンを形成するために使用される感光性組成物であって、(a)重合性化合物、(b)光重合開始剤、及び(c)ジルコニア体積濃度が20体積%〜80体積%である有機−ジルコニア複合微粒子を含む感光性組成物、
第2観点として、パターン露光により、組成物中の成分間に移動が生じ、成分の空間分布が変化したパターンを形成するために使用される、第1観点に記載の感光性組成物、
第3観点として、干渉露光によりホログラムを形成するために使用される、第1観点に記載の感光性組成物、
第4観点として、前記(a)重合性化合物が、ホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率が1.3〜1.7である重合体を与える化合物である、第1観点に記載の感光性組成物、
第5観点として、前記(c)有機−ジルコニア複合微粒子のホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈率と、前記重合体のホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率との差が0.01以上、1.0以下である、第4観点に記載の感光性組成物、
第6観点として、前記(c)有機−ジルコニア複合微粒子中の核となるジルコニア粒子の平均粒径が3nm以上、30nm以下である、第1観点に記載の感光性組成物、
第7観点として、前記(a)重合性化合物、(b)光重合開始剤及び(c)有機−ジルコニア複合微粒子の合計質量に占める(c)有機−ジルコニア複合微粒子の質量の割合が3質量%〜70質量%である、第1観点に記載の感光性組成物、
第8観点として、前記(a)重合性化合物が、エチレン性不飽和結合を有する化合物であり、前記(b)光重合開始剤が光ラジカル重合開始剤である、第1観点に記載の感光性組成物、
第9観点として、前記(a)重合性化合物が、カチオン重合性の部位を有する化合物であり、前記(b)光重合開始剤が光酸発生剤である、第1観点に記載の感光性組成物、
第10観点として、第1観点に記載の感光性組成物を支持体上に塗布することによって得られるホログラム記録層、
第11観点として、支持体、前記支持体の上に第1観点に記載の感光性組成物を塗布することによって得られるホログラム記録層、及び前記ホログラム記録層の上層を覆う保護材、を含むホログラム記録媒体、
第12観点として、前記支持体及び前記保護材が共に透明な樹脂フィルムである、第11観点に記載のホログラム記録媒体、
第13観点として、第1観点に記載の感光性組成物を支持体に塗布し塗布膜を形成する工程、及び前記塗布膜にパターン露光する工程、を含むパターンの形成方法、
第14観点として、前記パターン露光が干渉露光である、第13観点に記載のパターンの形成方法である。
中でも、本発明の最も好適な態様は以下の[1]〜[10]に示すとおりである。
[1]ホログラム記録層に使用される感光性組成物であって、(a)重合性化合物、(b)光重合開始剤、及び(c)ジルコニア体積濃度が25体積%〜50体積%である有機−ジルコニア複合微粒子を含み、前記(a)重合性化合物と(c)有機−ジルコニア複合微粒子の合計体積に占める(c)有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が、10%〜46%であり、干渉露光により、上記(a)成分は非露光部から露光部へと移動するとともに、上記(c)成分は露光部から非露光部へと移動するという物質移動が生じることにより、屈折率の空間分布が変化したホログラムを形成することができる、感光性組成物。
[2]前記ホログラム記録層が8.7μmないし49.3μmの厚さを有する、[1]に記載の感光性組成物。
[3]前記(a)重合性化合物が、ホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率が1.3〜1.7である重合体を与える化合物である、[1]に記載の感光性組成物。[4]前記(c)有機−ジルコニア複合微粒子のホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率と、前記重合体のホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率との差が0.01以上、1.0以下である、[3]に記載の感光性組成物。
[5]前記(c)有機−ジルコニア複合微粒子中の核となるジルコニア粒子の平均粒径が3nm以上、30nm以下である[1]に記載の感光性組成物。
[6]前記(a)重合性化合物が、エチレン性不飽和結合を有する化合物であり、前記(b)光重合開始剤が光ラジカル重合開始剤である、[1]に記載の感光性組成物。
[7][1]に記載の感光性組成物を支持体上に塗布することによって得られるホログラム記録層。
[8]支持体、前記支持体の上に[1]に記載の感光性組成物を塗布することによって得られるホログラム記録層、及び前記ホログラム記録層の上層を覆う保護材、を含むホログラム記録媒体。
[9]前記支持体及び前記保護材が共に透明な樹脂フィルムである、[8]に記載のホログラム記録媒体。
[10][1]に記載の感光性組成物を支持体に塗布し塗布膜を形成する工程、及び前記塗布膜に干渉露光する工程、を含むパターンの形成方法。
本発明の感光性組成物にパターン露光することによって、組成物中の成分の空間分布の変化によるパターンを形成することができる。特に、干渉露光によってホログラムを形成することができる。
また、本発明の感光性組成物を用いることにより、ホログラム記録層を提供することができる。当該ホログラム記録層に干渉露光を行うことにより、ホログラムを記録することができる。
本発明により、低い光散乱損失で高い回折効率を有するホログラムを提供することができる。
本発明における重合性化合物は、光重合開始剤の作用によって重合する重合性の部位を分子内に一個以上、好ましくは一個乃至六個有する化合物であれば特に制限はない。重合性の部位としては、ラジカル重合性の部位であるエチレン性不飽和結合が挙げられる。あるいは、重合性の部位としては、カチオン重合性の部位であるビニルエーテル構造、ビニルチオエーテル構造、エポキシ環やオキセタン環等の環状エーテル構造等が挙げられる。
なお、本発明における重合性化合物の意味するところは、所謂高分子物質でない化合物である。従って、狭義の単量体化合物だけでなく、二量体、三量体、オリゴマーや反応性高分子をも包含するものである。
そのような重合性化合物としては、ラジカル重合性の部位であるエチレン性不飽和結合を有する化合物が挙げられる。あるいは、重合性化合物としては、カチオン重合性の部位であるビニルエーテル構造、エポキシ環またはオキセタン環を有する化合物が挙げられる。
具体的には、不飽和脂肪酸、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル化合物、芳香族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル化合物が挙げられる。
また、脂環族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル化合物、脂環族ポリヒドロキシ化合物の多価ヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸及び多価カルボン酸とのエステル化反応により得られるエステル化合物も挙げられる。
また、シクロヘキシルアクリレート、アダマンチルアクリレートも挙げられる。また、これらのアクリル酸エステル化合物のアクリレート部分をメタクリレートに代えたメタクリル酸エステル化合物、同様にイタコネートに代えたイタコン酸エステル化合物、クロトネートに代えたクロトン酸エステル化合物、及びマレエートに代えたマレイン酸エステル化合物等も挙げられる。
また、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリブタンジオールジアクリレート等のアルキレングリコールジアクリレートも挙げられる。また、これらのアクリル酸エステル化合物のアクリレート部分をメタクリレートに代えたメタクリル酸エステル化合物、同様にイタコネートに代えたイタコン酸エステル化合物、クロトネートに代えたクロトン酸エステル化合物、及びマレエートに代えたマレイン酸エステル化合物等も挙げられる。
脂環族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル化合物としては、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート等が挙げられる。また、これらのアクリル酸エステル化合物のアクリレート部分をメタクリレートに代えたメタクリル酸エステル化合物、同様にイタコネートに代えたイタコン酸エステル化合物、クロトネートに代えたクロトン酸エステル化合物、及びマレエートに代えたマレイン酸エステル化合物等も挙げられる。
また、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールFジアクリレート等も挙げられる。また、これらのアクリル酸エステル化合物のアクリレート部分をメタクリレートに代えたメタクリル酸エステル化合物、同様にイタコネートに代えたイタコン酸エステル化合物、クロトネートに代えたクロトン酸エステル化合物、及びマレエートに代えたマレイン酸エステル化合物等も挙げられる。
本発明に用いられるエチレン性不飽和結合を有する化合物としては、また、例えば、エチレン−ビスアクリルアミド等のアクリルアミド化合物、フタル酸ジアリル等のアリルエステル化合物、及びジビニルフタレート等のビニル基含有化合物等が有用である。
本発明においては、エチレン性不飽和結合を有する化合物としては、アクリル酸エステル化合物またはメタクリル酸エステル化合物が特に好ましい。
これらのエチレン性不飽和結合を有する化合物は単独で用いてもよいし、必要に応じて二種以上を混合して用いてもよい。
本発明における光重合開始剤としては、パターン露光によって前記重合性化合物の重合を開始することができる機能を有する化合物であれば特に限定はない。
パターン露光の方法としては、フォトマスク露光、フェーズマスク露光、及び干渉露光等が挙げられる。これらのうち干渉露光が好ましい。
干渉露光の光源としては、一般に干渉性の高いレーザー光であり、光重合開始剤に高感度であればよく、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)、Nd:YAGレーザー(532nm)、Nd:YVO4レーザー(532nm)、InGaNレーザー(405nm)等が使用される。
重合性化合物として前記のカチオン重合性の部位であるビニルエーテル構造、エポキシ環またはオキセタン環を有する化合物が使用された場合、光重合開始剤としては干渉露光時にルイス酸あるいはブレンステッド酸を生成する光酸発生剤が好ましい。
光ラジカル重合開始剤は単独で用いてもよいし、必要に応じて二種以上を混合して用いてもよい。
光酸発生剤は単独で用いてもよいし、必要に応じて二種以上を混合して用いてもよい。
有機−ジルコニア複合微粒子としては、ジルコニア体積濃度が20体積%〜80体積%である有機−ジルコニア複合微粒子であり、本発明の目的を達成することができるジルコニアで構成された粒子であれば特に限定されないが、光散乱損失を低減させる必要があるため、有機−ジルコニア複合微粒子中の核となるジルコニア粒子の平均粒径が30nm以下である有機−ジルコニア複合微粒子が望ましい。核となるジルコニア粒子の平均粒径は、例えば3nm〜30nm、好ましくは3nm〜20nm、より好ましくは3nm〜10nmである。
例えばカプセル化、表面処理、ハイブリッド化などの手法が挙げられるが表面処理剤を用いた修飾が工業的にも簡便なため好ましい。
表面処理剤としてはジルコニア表面と親和性があり、かつ重合性化合物中への分散性を高めるために表面反応性官能基と疎水基を兼ね備えたものが好ましい。
市販されている酸性官能基を有する樹脂型顔料分散剤としては、例えば、ソルスパース3000、ソルスパース21000、ソルスパース26000、ソルスパース36600、ソルスパース41000、(アビシア株式会社製);ディスパービック108、ディスパービック110、ディスパービック111、ディスパービック112、ディスパービック168、ディスパービック180、ディスパービック2001、(ビックケミー・ジャパン株式会社製);ディスパロン3600N、ディスパロン1850(楠本化成株式会社製);PA111(味の素ファインテクノ株式会社製);EFKA4401、EFKA4550(エフカ アディティブズ社製)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(b)工程:(b)工程で得られたジルコニア粒子の粉末に、樹脂型顔料分散剤および有機溶剤を添加し、分散する工程。
例として、特開2006−016236号公報には、金属塩溶液に塩基性溶液を加えて金属塩溶液を部分中和させ、次いで、この部分中和された溶液に無機塩を加えて混合溶液とし、この混合溶液を加熱後、乾燥することを特徴とするジルコニア粒子の粉末の製造方法が記載されている。
この場合、前記(b)工程で有機−ジルコニア複合微粒子を得ることができる。
そのため、本発明では、パターンを形成するためのパターン露光の条件下、例えばホログラム記録のための干渉露光の条件下で、上記の重合性化合物より生じる重合体の屈折率と、有機−ジルコニア複合微粒子の屈折率とに差のあることが必要である。例えば、重合体の屈折率と有機−ジルコニア複合微粒子の屈折率に0.01〜1.0の差があることが必要である。
好ましい増感剤としては、例えば、2,6−ジエチル−1,3,5,7,8−ペンタメチルピロメテン−BF2錯体、1,3,5,7,8−ペンタメチルピロメテン−BF2錯体の様なピロメテン錯体、またはエオシン、エチルエオシン、エリスロシン、フルオレセイン、ローズベンガルの様なキサンテン系色素、または1−(1−メチルナフト〔1,2−d〕チアゾール−2(1H)−イリデン−4−(2,3,6,7)テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ〔ij〕キノリジン−9−イル)−3−ブテン−2−オン、1−(3−メチルベンゾチアゾール−2(3H)−イリデン−4−(p−ジメチルアミノフェニル)−3−ブテン−2−オンの様なケトチアゾリン系化合物、または2−(p−ジメチルアミノスチリル)−ナフト〔1,2−d〕チアゾール、2−〔4−(p−ジメチルアミノフェニル)−1,3−ブタジエニル〕−ナフト〔1,2−d〕チアゾールの様なスチリルまたはフェニルブタジエニル複素環化合物、または2,4−ジフェニル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−((〔2,3,6,7〕テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ〔ij〕キノリジン−9−イル)−1−エテン−2−イル)−1,3,5−トリアゾンの様なナンスリル−((〔2,3,6,7〕テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ〔ij〕キノリジン−9−イル)−1−エテン−2−イル)ケトン、2,5−ビス(p−ジメチルアミノシンナミリデン)シクロペンタノンの様なアミノフェニル不飽和ケトン化合物、または5,10,15,20テトラフェニルポルフィリン、ヘマトポリフィリンの様なポリフィリン類等を挙げることができる。これらの内、特にピロメテン錯体が好ましく、可視光での無色透明性が要求される用途ではシアニン系色素が好ましい。
増感剤の量は、使用する媒体の厚さによって増減する必要があるが、重合開始剤に対し質量比で0.01%から10%、好ましくは0.1%から5%である。
バインダーポリマーの上記例示化合物は、単独で用いても2以上の組合わせで用いてもよい。
次に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
感光性組成物の調製
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名ナノジルコニアトルエン分散液、トルエン分散、ジルコニア質量濃度10.4質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径4nm、有機−ジルコニア複合微粒子中のジルコニア体積濃度約30体積%)2.137gに重合性化合物:トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート0.232gを加え均一に分散した後、全量が0.587gとなるまで濃縮し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.0023gを溶解させ、感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子のジルコニア分は、ジルコニア濃度10.4質量%、ジルコニア粒子の密度は6.0g/cm3であるから、ジルコニアの体積は2.137×0.104/6.0=0.037cm3である。有機−ジルコニア複合微粒子の有機分は複合粒子に熱処理を施し、その残留分から算出できる。分散液1.4mgを120℃にて乾燥させ、その残留分が0.20mgであった。ジルコニアは10.4質量%であるため、0.14mgである。このことから有機分は0.06mgである。有機分の比重を1と仮定すると、体積比でジルコニア1に対し、有機分は2.5となる。有機−ジルコニア複合微粒子の体積は、分散液2.137g当たり、0.037+(0.037×2.5)=0.1295cm3である。
従って、感光性組成物では、有機重合性化合物の密度は1.105g/cm3であるから、その体積は0.2099cm3である。従って有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は0.1295/(0.1295+0.2099)=0.38、即ち38体積%であった。
スライドガラスの両端部にスペーサとして厚さ50μmのポリエチレン−テレフタレートフィルムを貼り、スライドガラス中央(スペーサに挟まれた領域)に上記感光性組成物を滴下し、オーブン中、80℃で約60分間乾燥し、ホログラム記録層を形成した。その後、スライドガラスをかぶせ、膜厚が約36μmの体積位相型ホログラム記録媒体を調製した。
本記録媒体に対し、図1に示す装置によって、二光束干渉露光を行い体積ホログラムの記録を試みた。ホログラム記録媒体に対し、波長532nmのNd:YVO4レーザーを用いて、露光パワー密度100mW/cm2で二光束干渉露光(格子間隔1μm)を行った。Nd:YVO4レーザーから出射した光はビームエキスパンダを経てハーフミラーで2本に分割され、それぞれミラーを経てホログラム記録媒体に照射され、両光の干渉縞が記録されホログラムが形成される。
同時に、ホログラム記録媒体が感光しない波長632.8nmのヘリウムネオン(He−Ne)レーザーをホログラム記録媒体に照射し回折光を光検出器で検出することによりホログラム形成過程をモニターし、回折効率を評価した。
また、露光後の回折効率の角度依存性を測定して試料の膜厚を算出し、屈折率変調量(Δn)を評価した。さらに、露光後のホログラム記録媒体に波長632.8nmのヘリウムネオン(He−Ne)レーザーを照射し、入射光と回折光+透過光の比から散乱損失を評価した。
実施例1と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が28%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例1と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が46%の試料を作成し、各物性値を評価した。
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名ナノジルコニアトルエン分散液、トルエン分散、ジルコニア質量濃度10.4質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径4nm、有機−ジルコニア複合微粒子中のジルコニア体積濃度約30体積%)1.326gに重合性化合物:p−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)キシリレン0.234gを加え均一に分散した後、全量が0.5063gとなるまで濃縮し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.0023gを溶解させ、感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子のジルコニア分は、ジルコニア濃度10.4質量%、ジルコニア粒子の密度は6.0g/cm3であるから、ジルコニアの体積は1.326×0.104/6.0=0.023cm3である。実施例1と同様に計算して、有機−ジルコニア複合微粒子の体積は0.023+(0.023×2.5)=0.0805cm3である。重合性化合物の密度は1.13g/cm3であるから、その体積は0.2068cm3である。
従って、感光性組成物では、有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は0.0805/(0.0805+0.2068)=0.28、即ち28体積%であった。
実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。
実施例4と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が46%の試料を作成し、各物性値を評価した。
感光性組成物の調製
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名ナノジルコニアトルエン分散液、トルエン分散、ジルコニア質量濃度10.4質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径4nm、有機−ジルコニア複合微粒子中のジルコニア体積濃度約30体積%)21.37gに重合性化合物:トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート2.32gを加え均一に分散した後、全量が5.87gとなるまで濃縮し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.023g、増感色素:1,3,5,7,8−ペンタメチル−2,6−ジ−tert−ブチル−ピロメテン−ジフルオロボレート塩(エキシトン社製、商品名 pyrrometene597)0.0016gを溶解させ、感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子のジルコニア分は、ジルコニア濃度10.4質量%、ジルコニア粒子の密度は6.0g/cm3であるから、ジルコニアの体積は21.37×0.104/6.0=0.37cm3である。実施例1と同様に計算して、有機−ジルコニア複合微粒子の体積は0.37+(0.37×2.5)=1.295cm3である。重合性化合物の密度は1.105g/cm3であるから、その体積は2.099cm3である。
従って、感光性組成物では、有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は1.295/(1.295+2.099)=0.38、即ち38体積%であった。
実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。
増感色素を添加することで、露光パワー密度1mW/cm2においてΔn=3.2×10-3となり、露光パワー密度を色素無添加時に比べて1桁以上下げることができた。
感光性組成物の調製
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名ナノジルコニアトルエン分散液、トルエン分散、ジルコニア質量濃度10.4質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径4nm、有機−ジルコニア複合微粒子中のジルコニア体積濃度約30体積%)2.137gに重合性化合物:トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート0.232gを加え均一に分散した後、全量が0.587gとなるまで濃縮し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.0023g、増感色素:3,3’−カルボニルビス(7−ジエチルアミノクマリン)(みどり化学株式会社製、商品名BC)0.0012g、添加剤:N−フェニルグリシン(東京化成工業株式会社製)0.0046gを溶解させ、感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子のジルコニア分は、ジルコニア濃度10.4質量%、ジルコニア粒子の密度は6.0g/cm3であるから、ジルコニアの体積は2.137×0.104/6.0=0.037cm3である。実施例1と同様に計算して、有機−ジルコニア複合微粒子の体積は0.037+(0.037×2.5)=0.1295cm3である。有機重合性化合物の密度は1.105g/cm3であるから、その体積は0.2099cm3である。
従って、感光性組成物では、有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は0.1295/(0.1295+0.2099)=0.38、即ち38体積%であった。
実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。
増感色素を添加することで、露光パワー密度1mW/cm2においてΔn=3.3×10-3となり、露光パワー密度を色素無添加時に比べて1桁以上下げることができた。
感光性組成物の調製
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名ナノジルコニアトルエン分散液、トルエン分散、ジルコニア質量濃度10.4質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径4nm、有機−ジルコニア複合微粒子中のジルコニア体積濃度約30体積%)0.637gに重合性化合物:トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート0.232gを加え均一に分散し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.0023gを溶解させた。バインダーとしてポリメチルメタクリレート(重量平均分子量Mw=120,000)0.695gをトルエン3.5gに溶解し、先の重合性化合物とジルコニアと光重合開始剤の均一組成物と混合することで感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子のジルコニア分は、ジルコニア濃度10.4質量%、ジルコニア粒子の密度は6.0g/cm3であるから、ジルコニアの体積は0.637×0.104/6.0=0.011cm3である。実施例1と同様に計算して、有機−ジルコニア複合微粒子の体積は0.011+(0.011×2.5)=0.0385cm3である。重合性化合物の密度は1.105g/cm3であるから、その体積は0.2099cm3である。
従って、感光性組成物では、有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は0.0385/(0.0385+0.2099)=0.15、即ち15体積%であった。
実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。バインダーであるポリメチルメタクリレートを添加することで、ホログラム記録材料組成物の露光前後の体積収縮率を0.1%と大きく抑制できた。
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名NZD−8JF91−E、トルエン分散、有機−ジルコニア複合微粒子濃度13.7質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径3〜4nm)1.302gに重合性化合物:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業株式会社製、製品名A−DCP)0.232gを加え均一に分散した後、全量が0.50gとなるまで濃縮し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.0023gを溶解させ、感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子の体積は、有機−ジルコニア複合微粒子濃度13.7質量%、有機−ジルコニア複合微粒子の密度は1.98g/cm3であるから、1.302×0.137/1.98=0.090cm3である。
従って、感光性組成物では、有機重合性化合物の密度は1.105g/cm3であるから、その体積は0.210cm3である。従って有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は0.090/(0.090+0.210)=0.30、即ち30体積%であった。
スライドガラスの両端部にスペーサとして厚さ10μmのアルミ箔を挟み、スライドガラス中央(スペーサに挟まれた領域)に上記感光性組成物を滴下し、オーブン中、80℃で約60分間乾燥し、ホログラム記録層を形成した。本記録媒体は実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。
実施例9と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が10%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例9と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が20%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例9と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が25%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例9と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が35%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例9と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が40%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例9と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が45%の試料を作成し、各物性値を評価した。
有機−ジルコニア複合微粒子分散液(住友大阪セメント株式会社製、製品名NCI−003P、トルエン分散、有機−ジルコニア複合微粒子濃度12.1質量%、核となるジルコニア粒子の平均粒径3〜4nm)2.045gに重合性化合物:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業株式会社製、製品名A−DCP)0.232gを加え均一に分散した後、全量が0.68gとなるまで濃縮し、光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.0023gを溶解させ、感光性組成物を調製した。
分散液中において、有機−ジルコニア複合微粒子の体積は、有機−ジルコニア複合微粒子濃度12.1質量%、有機−ジルコニア複合微粒子の密度は2.75g/cm3であるから、2.045×0.121/2.75=0.090cm3である。
従って、感光性組成物では、有機重合性化合物の密度は1.105g/cm3であるから、その体積は0.210cm3である。従って有機−ジルコニア複合微粒子と重合性化合物の体積に占める有機−ジルコニア複合微粒子の濃度は0.090/(0.090+0.210)=0.30、即ち30体積%であった。
スライドガラスの両端部にスペーサとして厚さ10μmのアルミ箔を挟み、スライドガラス中央(スペーサに挟まれた領域)に上記感光性組成物を滴下し、オーブン中、80℃で約60分間乾燥し、ホログラム記録層を形成した。本記録媒体は実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。
実施例16と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が10%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例16と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が20%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例16と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が25%の試料を作成し、各物性値を評価した。
実施例16と同様の方法で、有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が35%の試料を作成し、各物性値を評価した。
ジルコニア粒子を含まない以外は実施例1と同様にして膜厚が約44μmの体積位相型ホログラム記録媒体を作成した。本媒体に対し、図1に示す装置によって実施例1と同様に二光束干渉露光を行い、体積位相型ホログラムの記録を行った。回折効率は一旦向上するが時間の経過とともに下がっていき、最終的にはほとんど消えてしまう。これは重合性化合物の単一成分であるため、全体が重合すると屈折率変調が消失することに対応している。図2参照。
感光性組成物の調製
シリカ分散液(メチルエチルケトン分散、30.5 質量% 、日産化学工業株式会社製、製品名MEK−ST(スノーテックス)、平均粒径約11〜13nm)10.0gに光重合開始剤:ジシクロペンタジエニル−チタン−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製、商品名Irgacure784)0.032gを溶解し、重合性化合物:p−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)キシリレン3.16gを加え均一溶液とし、感光性組成物を調製した。
シリカ粒子の密度は2.1g/cm3であるから、その体積は3.05/2.1=1.4524cm3である。重合性化合物の密度は1.13g/cm3であるから、その体積は2.7965cm3である。従ってシリカと重合性化合物の体積に占めるシリカの濃度は1.4524/(1.4524+2.7965)=0.34、即ち34体積%であった。
実施例1と同様の方法で各物性値を評価した。
膜厚約35μmで露光強度100mW/cm2においてΔn=6.3×10-3、散乱損失は約3%となった。
比較例2と同様の方法で、膜厚約66μmの体積位相型ホログラム記録媒体を作成し、各物性値を評価した。その結果、露光強度100mW/cm2においてΔn=5.6×10-3、散乱損失は約4%となった。
比較例2と同様の方法で、膜厚約100μmの体積位相型ホログラム記録媒体を作成し、各物性値を評価した。その結果、露光強度100mW/cm2においてΔn=6.0×10-3、散乱損失は約11%となった。
ここに、実施例1〜8で用いた有機−ジルコニア複合微粒子の有機溶媒(トルエン)分散液と同等品の調製方法を以下に示す。
ジルコニア粒子の粉末の調製
オキシ塩化ジルコニウム8水塩2615gを純水40Lに溶解させたジルコニウム塩溶液に、28%アンモニア水886gを純水20Lに溶解させた希アンモニア水を攪拌しながら加え、ジルコニア前駆体スラリーを調整した。
このスラリーに、炭酸カリウム300gを5Lの純水に溶解させた炭酸カリウム水溶液を攪拌しながら加えた。このときの炭酸カリウムの添加量は、ジルコニウム塩溶液中のジルコニウムイオンのジルコニア換算値に対して30質量%であった。
得られた混合物を、乾燥器を用いて、大気中、130℃にて24時間、乾燥させ、固形物を得た。続いて、この固形物を自動乳鉢等により粉砕した後、電気炉を用いて、大気中、500℃にて1時間焼成した。
得られた焼成物を純水中に投入し、攪拌してスラリー状とした後、遠心分離器を用いて洗浄を行い、添加した炭酸カリウムを十分に除去した後、乾燥器にて乾燥させ、ジルコニア粉末を調製した。
このジルコニア粒子の粉末の収率は98%で、窒素吸着法(BET法)による比表面積は180m2/gであり、TEMにより測定した平均粒径は4nmであった。
得られたジルコニア粒子の粉末1.2部、酸性官能基を有する樹脂型顔料分散剤(ビックケミー・ジャパン株式会社製「ディスパービック111」、樹脂固形分97質量%)0.5部、トルエン12部、ジルコニアビーズ(直径1.25mm)70部を70mLサンプル瓶へ仕込み、ペイントシェーカーで2時間分散した。得られた有機−ジルコニア複合微粒子の有機溶媒(トルエン)分散液は、ほぼ透明なゾルであった。
2 Nd:YVO4レーザー
3 ビームエキスパンダ
4 He−Neレーザー
5、6、7、8、9、10、11 ミラー
12 ビームサンプラー
13 ハーフミラー
14、15 半波長板
16、17 偏光プリズム
18、19、20 光検出器
Claims (10)
- ホログラム記録層に使用される感光性組成物であって、(a)重合性化合物、(b)光重合開始剤、及び(c)ジルコニア体積濃度が25体積%〜50体積%である有機−ジルコニア複合微粒子を含み、前記(a)重合性化合物と(c)有機−ジルコニア複合微粒子の合計体積に占める(c)有機−ジルコニア複合微粒子の体積分率が、10%〜46%であり、干渉露光により、上記(a)成分は非露光部から露光部へと移動するとともに、上記(c)成分は露光部から非露光部へと移動するという物質移動が生じることにより、屈折率の空間分布が変化したホログラムを形成することができる、感光性組成物。
- 前記ホログラム記録層が8.7μmないし49.3μmの厚さを有する、請求項1に記載の感光性組成物。
- 前記(a)重合性化合物が、ホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率が1.3〜1.7である重合体を与える化合物である、請求項1に記載の感光性組成物。
- 前記(c)有機−ジルコニア複合微粒子のホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率と、前記重合体のホログラム記録のための干渉露光の波長に対する屈折率との差が0.01以上、1.0以下である、請求項3に記載の感光性組成物。
- 前記(c)有機−ジルコニア複合微粒子中の核となるジルコニア粒子の平均粒径が3nm以上、30nm以下である請求項1に記載の感光性組成物。
- 前記(a)重合性化合物が、エチレン性不飽和結合を有する化合物であり、前記(b)光重合開始剤が光ラジカル重合開始剤である、請求項1に記載の感光性組成物。
- 請求項1に記載の感光性組成物を支持体上に塗布することによって得られるホログラム記
録層。 - 支持体、前記支持体の上に請求項1に記載の感光性組成物を塗布することによって得られるホログラム記録層、及び前記ホログラム記録層の上層を覆う保護材、を含むホログラム記録媒体。
- 前記支持体及び前記保護材が共に透明な樹脂フィルムである、請求項8に記載のホログラム記録媒体。
- 請求項1に記載の感光性組成物を支持体に塗布し塗布膜を形成する工程、及び前記塗布膜に干渉露光する工程、を含むパターンの形成方法。
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