JP5568704B2 - 光重合および暗反応の制御を備えたホログラフィック記録媒体 - Google Patents
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Description
情報記憶デバイスおよび方法の開発者は、記憶容量増大の探求を続けている。この開発の一部として、いわゆるページ毎の(page-wise)メモリシステム、特にホログラフィックシステムが、従来のメモリデバイスに代わるものとして提案されてきた。ページ毎のシステムは、2次元の表示全体、たとえば1ページのデータの記憶および読出しを含む。通常、記録光は、データを表す暗領域および透明領域からなる2次元アレイを通過し、ホログラフィックシステムは、記憶媒体に刻み込まれ屈折率が変化するパターンとして、そのページのホログラフィック表示を3次元で格納する。ホログラフィックシステムは、Psaltisらの「Holographic Memories」、Scientific American、1995年11月、で一般的に論じられている。
(1)そのような媒体に記録されたデータの高信頼取出しを可能にするように、ホログラフィックグレーティングの特定のパターンを媒体内に保存する。
(2)媒体内にホログラフィックグレーティングを形成する際の適切なスケジューリングを可能にする。
(3)すでに記録された媒体の同じ体積に、追加のホログラフィックグレーティングをその全ダイナミックレンジまで記録するのに必要な時間をより正確に決定する。
(4)一般的に、より商業的に成り立つ高密度ホログラフィックデータ記憶媒体を作り出す。
本発明の第1の広範な態様によれば、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分と、
光重合開始光源での露光によって活性化されたときに重合可能成分を重合させ、それによって少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分とを含むシステムであって、
ここで、重合可能成分の一部分が重合して少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを形成したときに、重合可能成分の未重合部分が、光重合開始光源で重合可能成分が露光されないときにはそれ以上重合しにくい
システムが提供される。
支持マトリクスと、支持マトリクス中の光重合可能なシステムとを含む物品であって、光重合可能なシステムが、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分と、
光重合開始光源での露光によって活性化されたときに重合可能成分を重合させ、それによって、少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを支持マトリクス中に形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分とを含み、
ここで、重合可能成分の一部分が光重合して少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを形成したときに、重合可能成分の未重合部分が、光重合開始光源で露光されないときにはそれ以上重合しにくい
物品が提供される。
(a)少なくとも1つのホログラフィック記録媒体を提供するステップと、
(b)少なくとも1つのホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するステップとを含む方法であって、
ここで、ホログラフィック記録媒体が、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分と、
記録光での露光によって活性化されたときに重合可能成分を重合させ、それによって、複数のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分
とを含む光重合可能なシステムを有し、
ここで、重合可能成分の未重合部分が、記録光で露光されないときにはそれ以上重合しにくい
方法が提供される。
(a)ホログラフィック記録媒体を提供するステップと、
(b)複数のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するステップとを含む方法であって、
ここで、ホログラフィック記録媒体中の各ホログラフィックグレーティングが、ホログラフィック記録媒体が記録光で露光される時期に対する記録光での各露光の時間の関数であるスケジュールに従ってホログラフィック記録媒体を記録光で露光することによって形成され、
ここで、ホログラフィック記録媒体が、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分と、
記録光での露光によって活性化されたときに重合可能成分を重合させ、それによって、複数のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分
とを含む光重合可能なシステムを有し、
ここで、重合可能成分の未重合部分が、記録光で露光されないときにはそれ以上重合しにくい
方法が提供される。
(a)1つまたは複数の最初のホログラフィックグレーティングをその中に有するホログラフィック記録媒体を提供するステップと、
(b)1つまたは複数の追加のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するステップとを含む方法であって、
ここで、ホログラフィック記録媒体が、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分の未重合部分と、
記録光での露光によって活性化されたときに重合可能成分の未重合部分を重合させ、それによって、少なくとも1つの追加のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分
とを含む光重合可能なシステムを有し、
ここで、重合可能成分の未重合部分が、記録光で露光されないときにはそれ以上重合しにくい
方法が提供される。
(a)複数の最初のホログラフィックグレーティングをその中に、そのある体積で有する記録媒体を提供するステップと、
(b)複数の追加のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内にそのホログラフィック記録媒体の体積で形成するステップとを含む方法であって、
ここで、複数の追加のホログラフィックグレーティングが、各追加のホログラフィックグレーティングが形成される時期に対する各追加のホログラフィックグレーティングを形成するのに要する時間の関数であるスケジュールに従って形成され、
そのホログラフィック媒体が、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分の未重合部分と、
記録光での露光によって活性化されたときに未重合部分の重合可能成分を重合させ、それによって、複数の追加のホログラフィックグレーティングをホログラフィック記録媒体内に形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分
とを含む光重合可能なシステムを有し、
ここで、重合可能成分の未重合部分が、記録光で露光されないときにはそれ以上重合しにくい
方法が提供される。
本発明を説明する前に、いくつかの用語を定義しておくことが都合がよい。以下の定義は、本出願の全体を通して使用されることを理解されたい。
用語の定義が、一般的に使用されるその用語の意味から逸脱する場合には、特に示さない限り以下に与えた定義を利用するものとする。
本発明は、光重合を使用してデータをその中に記録するホログラフィック記録媒体がいくつかの「暗反応」により損なわれるという発見に基づく。これらの「暗反応」は、媒体へのデータの記録が中断した後、たとえば記録光が遮断された後も長く継続することがあり、また使用される特定の重合機構とは無関係であり、たとえばこれらの反応が、フリーラジカル、カチオン、およびアニオンによって開始され触媒作用を受ける光重合などの場合に起こることがある。比較的短い時間にわたって(たとえば、記録光が遮断された後5分ほどの短い間に)、これらの「暗反応」は、ホログラフィック記録媒体中にノイズグレーティングを成長させ、すでに記録されたデータを最終的には不明瞭にする可能性がある。媒体に記録されたホログラフィックグレーティングの所望のパターンがこれらの「暗反応」によって変更されているために、その媒体は、記録データの取出し用には使用不能になり、また信頼性がないものになる可能性がある。
1)hv+PI→2R*(開始反応)
2)R*+M→M*(開始反応)
3)M*+M→(M)2 *(生長反応)
4)(M)2 *+M→(M)3 *(生長反応)
5)(M)n *+M→(M)n+1 *(生長反応)
6)R*+M*→RM(停止反応)
7)(M)n *+(M)m *→(M)n+m(停止反応)
8)R*+(M)m *→R(M)m(停止反応)
9)R*+R*→RR(停止反応)
12)X*+Z−Y→X−Y+Z*(停止反応)
13)Z*+X*→Z−X(停止反応)
フリーラジカル重合では、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、p−メトキシフェノール、ジフェニル−p−ベンゾキノン、ベンゾキノン、ハイドロキノン、ピロガロール、レソルシノール、フェナントラキノン、2,5−トルキノン、ベンジルアミノフェノール、p−ジヒドロキシベンゼン、2,4,6−トリメチルフェノールなどの、ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を含む種々のフェノール、
o−ジニトロベンゼン、p−ジニトロベンゼン、m−ジニトロベンゼンなどを含む種々のニトロベンゼン、
N−フェニル−1−ナフチルアミン、N−フェニル−2−ナフチルアミン、クペロン、フェノチアジン、タンニン酸、p−ニトロソアミン、クロラニル、アニリン、ヒンダードアニリン、塩化鉄(III)、塩化銅(II)、トリエチルアミンなどである。
Claims (40)
- 支持マトリクスと、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分と、
光重合開始光源での露光によって活性化されたときに前記重合可能成分を重合させ、それによって少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを形成するための少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分と
を含むシステムであって、
ここで、光重合開始光源での露光によって前記重合可能成分の一部分が重合して、所与の体積のホログラフィック記録媒体内に少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを形成したときに、(1)前記光重合開始光源で露光されないときには、所与の体積内の前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が制御および遅延されてホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持され、(2)前記光重合開始光源でさらに露光されるときには、所与の体積内の前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が起こり得、
前記光重合開始光源で露光されないときには、前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が、1つまたは複数の重合遅延剤をさらに含む前記システムによって制御および遅延されてホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持され、
前記1つまたは複数の重合遅延剤は自由拡散し又は前記支持マトリクスに共有結合的に付着し、
前記重合遅延剤の濃度をZ、その遅延剤の停止の反応速度定数をkz、前記重合可能成分の濃度をM、その重合反応の動的反応速度定数をkpとしたとき、
0.0001≦kz[Z]/kp[M]≦1
の関係が満たされる、システム。 - 前記1つまたは複数の重合遅延剤が1つまたは複数のフェノール類を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の重合遅延剤が2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾールを含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の重合遅延剤が1つまたは複数のニトロベンゼン類を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の重合遅延剤が2−(1,2−エチルジオール)−ニトロベンゼンを含む、請求項4に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の重合遅延剤がジニトロベンゼンを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の重合遅延剤は1つまたは複数の連鎖移動剤を含み、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記連鎖移動剤がトリエチルアミンを含む、請求項7に記載のシステム。
- 準安定反応中心をさらに含み、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記準安定反応中心がニトロキシルラジカルを含む、請求項9に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の重合遅延剤は光または熱不安定な光重合停止剤を含み、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記光または熱不安定な光重合停止剤がコバルト錯体を含む、請求項11に記載のシステム。
- 光酸発生成分、光塩基発生成分、または光発生ラジカルをさらに含み、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの光活性重合可能材料が、第1の波長の光で活性化されたときにカチオン重合し、
前記システムが、光塩基発生成分が前記第1の波長の光とは異なる第2の波長の光で活性化されたときに前記少なくとも1つの光活性重合可能材料による前記カチオン重合の量を低減させる光塩基発生成分をさらに含む、
請求項13に記載のシステム。 - 極性効果または溶媒和効果を使用して、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記重合可能成分がカチオンまたはアニオン開始重合可能材料を含む、請求項15に記載のシステム。
- 対イオン効果を使用して、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記重合可能成分がカチオンまたはアニオン開始重合可能材料を含む、請求項17に記載のシステム。
- 光活性重合可能材料の反応性の変更を使用して、それにより、光重合開始光源で露光されないときに、所与の体積内の前記重合可能成分の前記未重合部分の更なる重合が制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記重合可能成分がアクリラートを含み、前記重合遅延剤がαメチルスチレンを含む、請求項19に記載のシステム。
- 前記重合可能成分が少なくとも1つの光活性モノマーを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光活性モノマーがアクリラートを含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記光活性モノマーが1,4−ビス(2−チオナフチル)−2−ブチルアクリラートを含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記光重合開始剤成分が、ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、およびビス(η−5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)ビス[2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)フェニル]チタンのうちの1つまたは複数を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの光重合開始剤が、200nmから800nmの波長の照射によって活性化される、請求項1に記載のシステム。
- 前記支持マトリクスが熱可塑性物質である、請求項1から25のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記支持マトリクスが熱硬化性物質である、請求項1から25のいずれか1項に記載のシステム。
- 重合遅延剤として、ブチルヒドロキシトルエン(BHT)を前記システムに対して最大0.2重量%の量で含む、請求項1に記載のシステム。
- 重合遅延剤として、ニトロベンゼンを前記システムに対して最大0.1重量%の量で含む、請求項1に記載のシステム。
- 重合遅延剤として、2−(1,2−エチルジオール)−ニトロベンゼンを前記システムに対して最大1.0重量%の量で含む、請求項1に記載のシステム。
- 請求項1から30のいずれか1項に記載のシステムを含む物品。
- (a)少なくとも1つのホログラフィック記録媒体を提供するステップと、
(b)前記ホログラフィック記録媒体の所与の体積内に少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを形成するステップと
を含む方法であって、
ここで、前記ホログラフィック記録媒体が、
支持マトリクスと、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分と、
光重合開始光源での露光によって活性化されたときに、前記重合可能成分を重合させ、それによって少なくとも1つのホログラフィックグレーティングを前記所与の体積内に形成するための、少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分と
を含む重合可能システムを有し、
ここで、(1)前記光重合開始光源で露光されないときには、前記所与の体積内における前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が制御および遅延されてホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持され、(2)前記光重合開始光源でさらに露光されるときには、前記所与の体積内における前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が起こり得、
前記光重合開始光源で露光されないときには、前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が、1つまたは複数の重合遅延剤をさらに含む前記システムによって制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持され、
前記1つまたは複数の重合遅延剤は自由拡散し又は前記支持マトリクスに共有結合的に付着し、
前記重合遅延剤の濃度をZ、その遅延剤の停止の反応速度定数をkz、前記重合可能成分の濃度をM、その重合反応の動的反応速度定数をkpとしたとき、
0.0001≦kz[Z]/kp[M]≦1
の関係が満たされる、方法。 - ステップ(b)が、複数のホログラフィックグレーティングを形成するステップを含む、請求項32に記載の方法。
- 1つまたは複数の追加のホログラフィックグレーティングが、すでに形成されたホログラフィックグレーティングが形成されているのと同じ、前記ホログラフィック記録媒体の体積内で形成される、請求項33に記載の方法。
- 各ホログラフィックグレーティングが、光重合開始光源で前記ホログラフィック記録媒体が露光された時期に対する光重合開始光源での各露光の時間の関数であるスケジュールに従って前記ホログラフィック記録媒体を光重合開始光源で露光することによって形成される、請求項32に記載の方法。
- ステップ(b)が、光重合開始光源で前記ホログラフィック記録媒体が露光された時期に対する光重合開始光源での各露光の時間の実質的な1次関数であるスケジュールに従って前記ホログラフィックグレーティングを形成するステップを含む、請求項32に記載の方法。
- (a)ホログラフィック記録媒体の所与の体積内に記録された1つまたは複数の最初のホログラフィックグレーティングをその中に有するホログラフィック記録媒体を提供するステップと、
(b)光重合開始光源での露光によって、前記所与の体積内に1つまたは複数の追加ホログラフィックグレーティングを形成するステップと
を含む方法であって、
ここで、前記ホログラフィック記録媒体が、
少なくとも1つの光活性重合可能材料を含む重合可能成分の未重合部分と、
光重合開始光源での露光によって活性化されたときに前記重合可能成分の前記未重合部分を重合させ、それによって少なくとも1つの追加ホログラフィックグレーティングを前記ホログラフィック記録媒体内に形成するための、少なくとも1つの光重合開始剤を含む光重合開始剤成分と
を含む光重合可能システムを有し、
ここで、(1)前記光重合開始光源で露光されないときには、前記所与の体積内における前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が制御および遅延されてホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持され、(2)前記光重合開始光源でさらに露光されるときには、前記所与の体積内における前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が起こり得、
前記光重合開始光源で露光されないときには、前記重合可能成分の未重合部分の更なる重合が、1つまたは複数の重合遅延剤をさらに含む前記システムによって制御および遅延されて、ホログラフィックデータページの信号対雑音比が少なくとも1100秒間その当初値の60%を超えるように維持され、
前記1つまたは複数の重合遅延剤は自由拡散し又は支持マトリクスに共有結合的に付着し、
前記重合遅延剤の濃度をZ、その遅延剤の停止の反応速度定数をkz、前記重合可能成分の濃度をM、その重合反応の動的反応速度定数をkpとしたとき、
0.0001≦kz[Z]/kp[M]≦1
の関係が満たされる、方法。 - ステップ(b)が、前記ホログラフィック記録媒体内に前記1つまたは複数の最初のホログラフィックグレーティングが形成されてから少なくとも10秒後に実施される、請求項37に記載の方法。
- ステップ(a)が、複数の最初のホログラフィックグレーティングを所与の体積でその中に有するホログラフィック媒体を提供するステップを含み、
ステップ(b)が、複数の追加ホログラフィックグレーティングを前記ホログラフィック記録媒体内に前記所与の体積で、各追加ホログラフィックグレーティングが形成される時期に対する各追加ホログラフィックグレーティングを形成するのに要する時間の関数であるスケジュールに従って形成することによって実施される、請求項37に記載の方法。 - 前記ホログラフィックグレーティングが、記録光で前記ホログラフィック記録媒体が露光された時期に対する各追加ホログラフィックグレーティングを形成するのに要する時間の実質的な1次関数であるスケジュールに従ってステップ(b)の間に形成される、請求項37に記載の方法。
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