JPH11344917A - 金属化磁性基板を備える装置の製造プロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホログラフィー記憶システムで用いるのに適
した光記録媒体を提供する。 【解決手段】 光記録媒体は、ガラス状のハイブリッド
無機有機三次元マトリックスを含み、その中に、１つ以
上の光活性有機モノマーを備える光像形成システムが配
されている。媒体は、ハイブリッド無機有機マトリック
スの前駆物質を提供し、マトリックス前駆物質を光像形
成システムと混合し、かつマトリックス前駆物質を硬化
させてもとの位置でマトリックスを形成することによっ
て製造される。ハイブリッドマトリックス前駆物質は、
典型的にはＲ_n Ｍ（ＯＲ’）_4-n と表される化合物から
誘導されるオリゴマーであり、ここでＭは、シリコン、
チタン、ゲルマニウム、ジルコニウム、バナジウム、ま
たはアルミニウムなどの３価以上の原子価を有する金属
元素であり、Ｒはアルキルまたはアリルであり、Ｒ’は
低アルキルでり、ｎは１〜２の範囲内である。マトリッ
クス材料のハイブリッド性は、いくつかの利点をもたら
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報記憶媒体に関
し、特にホログラフィー記憶システムで有用な媒体に関
する。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】情報記
憶装置および方法の開発者は、記憶容量を増やすことを
追求し続けている。この開発の一部として、ページ方式
のメモリシステム、特にホログラフィーシステムが、従
来のメモリ装置に代わるものとして提案されてきた。ペ
ージ方式システムは、データの二次元のページ全体の記
憶と読み出しに関する。特に、記録光は、データのペー
ジを表す暗い透明な領域の二次元配列を通過し、ホログ
ラフィーシステムは、ページのホログラフィー表現を、
記憶媒体にインプリント（imprinted ）された変化する
屈折率および／または吸収のパターンとして三次元で記
憶する。ホログラフィーシステムは、D. Psaltis等の
「Holographic Memories（ホログラフィーメモリ）」
（Scientific American、1995年11月）で総じて説明され
ており、その開示は参照により本明細書に組み込まれて
いる。ホログラフィー記憶の１つの方法は、位相相関マ
ルチプレックスホログラフィーであり、米国特許5,719,
691号（1998年2月17日発行）で説明されており、その開
示は参照により本明細書に組み込まれている。位相相関
マルチプレックスホログラフィーでは、参照光ビームは
位相マスクを通過し、そしてデータを表す配列を通過し
た信号ビームと記録媒体の中で交差して、媒体の中にホ
ログラムを形成する。位相マスクと参照ビームの関係
が、データの連続するページごとに調整されることによ
り、参照ビームの位相を変調し、かつ媒体における重複
領域にデータを記憶することを可能にする。後にこのデ
ータは、データ記憶の間に用いられるのと同じ位相変調
で参照ビームを元の記憶位置に通すことによって再構築
される。

【０００３】ホログラフィー記憶システムの機能は、記
憶媒体によって部分的に制限される。研究目的の記憶媒
体としては、鉄がドープされたニオブ酸リチウムが長年
用いられてきた。しかし、ニオブ酸リチウムは高価で、
感度が悪く、記憶された情報の読み出しの間にノイズが
生じる傾向がある。従って、その代わりになるものが、
特に感光性ポリマーフィルムの分野で求められてきた。
例えば、W. K. Smothers等の「Photopolymers for Holo
graph（ホログラフィーための光ポリマー）」（SPIE OE
/レーザー会議、1212-03、カリフォルニア州ロサンゼル
ス市、1990年）。この記事で説明されている材料は、露
出光に対して実質的に不活性なマトリックス有機ポリマ
ーの中に、液体モノマー材料および光重合開始剤（phot
oinitiator）（光に露出された時にモノマーの重合を促
進する）の光像形成システムを含む。情報をその材料に
書き込んでいる間に（記録光を、データを表す配列の中
を通すことによって）、モノマーは露出領域で重合す
る。その結果モノマーの濃度が低くなるので、材料の暗
い露出していない領域のモノマーは、露出領域に拡散す
る。重合およびその結果により生じる濃度勾配は、屈折
率の変化をもたらし、データを含むホログラムを形成す
る。不幸にも、光像形成システムを含む事前成形マトリ
ックス材料の溶着（deposition）は溶剤の使用を必要と
するので、溶剤の適切な気化を可能にするために、材料
の厚さは例えばわずか約１５０μｍに制限される。さら
に、重合によって引き起こされる４〜１０％のバルク収
縮（bulk shrinkage）は、データ検索の信頼性に有害な
影響を与える（「バルク」は、収縮が材料の全体にわた
って起こることを示す）。

【０００４】米国特許出願一連番号第08/698,142号（出
願人の参照番号Colvin-Harris-Kats-Schilling 1-2-16-
10）は、ポリマーホログラフィー媒体に関するものであ
り、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。媒
体は、オリゴマーマトリックス前駆物質と光活性モノマ
ーを混合し、その混合物を光硬化することによって形成
されるものであり、（ａ）マトリックスがオリゴマーか
ら形成され、かつ（ｂ）モノマーの少なくとも一部は反
応しないままで、よってホログラフィー記録に利用でき
るようにする。これらの材料の溶着には溶剤は不要なの
で（混合物が液体であるので）、例えば１ｍｍ以上に厚
くすることが可能である。材料は多くの属性を有してい
るが、書き込みの間の媒体のバルク収縮が制限できる場
合は、より高い分解能が可能であろう。

【０００５】ガラスマトリックスの中にモノマーを含む
光像形成システムを提供する試みもなされてきた。米国
特許第4,842,968号は、孔が光像形成システムで満たさ
れている多孔性ガラスマトリックスを開示している。多
孔性ガラスは、光像形成システムの容器に入れられ、こ
の中で光像形成システムは孔に拡散する。光に露出され
た後で、光像形成システムの露出していない、すなわち
重合されていない部分は溶剤によって孔から取り除く必
要があり、典型的には別の材料が空になった孔に代わり
に入る。ガラスマトリックスは、重合体マトリックスを
含む媒体とは対照的に、望ましい構造上の完全性を提供
し、かつホログラフィー記憶システムに有用な比較的厚
い（例えば１ｍｍを超える）光記録媒体の形成を可能に
する。しかし、この特許の媒体にはいくつかの実用上の
欠点がある。特に、無反応のモノマーを取り除くために
複雑な化学処理が必要であり、また事前成形ガラスにお
ける構造、容積百分比多孔率、孔の大きさ、孔の相互連
結を定義する際の許容度が低い。

【０００６】よって、ホログラフィー記憶システムで使
用するのに適した光記録媒体の製造は進歩してきたが、
さらなる進歩が必要である。特に、化学的および構造的
な完全性を改良し、複雑な化学処理なしで比較的厚い
（例えば１ｍｍを超える）層で形成することができ、か
つマトリックスの特性を選択する際にいくらかの許容度
がある媒体が望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ホログラフィ
ー記憶システムで用いるのに適した改良された光記録媒
体、媒体の製造プロセス、および媒体を用いるホログラ
フィーのプロセスに関する。この媒体は、ハイブリッド
無機有機三次元マトリックスを含み、その中に、１つ以
上の光活性有機モノマーを備える光像形成システムが配
される。ハイブリッド無機有機マトリックスは、有機部
分（例えばアルキルおよび／またはアリル）が付された
三次元無機土台（例えばＳｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）を含み、
マトリックスはガラス状であることが効果的である。
（「ガラス状」とは、使用温度よりも少なくとも２０℃
高いガラス転移温度（Ｔ_g）、典型的には少なくとも４
５℃のＴ_gを示す。本明細書上、光活性モノマーは、特
定の波長の光への露出に反応して重合化する分子であ
り、これは光に直接反応してでも、他の材料が光に露出
することによる他の材料（例えば光重合開始剤）からの
誘導であってもよい。）

【０００８】記録媒体は、ハイブリッド無機有機マトリ
ックスの前駆物質を提供し、マトリックス前駆物質を光
像形成システムと混合し、そしてその混合物を硬化させ
てもとの位置で（in situ）マトリックスを形成するこ
とによって製造される（「もとの位置で（in situ）」
とは、光像形成システムが存在する状態でマトリックス
が形成されることを意味する）。マトリックスおよび光
像形成システムは、独立した化学的性質を示すように選
択されるが、これは、マトリックス形成の仕組みがホロ
グラム記録の仕組みとは異なること、すなわちマトリッ
クスが前駆物質から形成されるプロセスが（ａ）光活性
モノマーの重合を実質的に誘導せず、また（ｂ）ホログ
ラムの書き込みの間にモノマーの後続の重合を実質的に
は阻止しないことを意味する。例えば、マトリックスは
典型的には前駆物質の熱硬化によって形成され、一方、
光像形成システムの光活性モノマーは、放射への露出に
よって重合するように設計される。従って、マトリック
ス形成は典型的には、光像形成システムの情報記憶能力
に実質的には影響を与えないが、光活性モノマーの熱誘
導重合は典型的にマトリックス硬化の間に起こる。

【０００９】ハイブリッドマトリックス前駆物質は、典
型的にはＲ_n Ｍ（ＯＲ’）_4-n で表される化合物から加
水分解および縮合によって誘導されたオリゴマーであ
る。ここでＭは、シリコン、チタン、ゲルマニウム、ジ
ルコニウム、バナジウム、およびアルミニウムなどの３
価以上の原子価を有する金属元素であり（シリコンは本
発明の目的において金属元素とみなされる）、Ｒはメチ
ルまたはフェニルなどのアルキルまたはアリルであり、
Ｒ’は最高４個の炭素原子を有する低アルキルであり、
ｎは１〜２の範囲内である。効果的には、ハイブリッド
マトリックス前駆物質は、三官能有機アルコキシシラン
（trifunctional organoalkoxysilane）（すなわち有機
トリエトキシシラン）から誘導されたオリゴマーを含
み、これは結果として、有機部分（および残留ヒドロキ
シ基およびアルコキシ基）が付された分岐シロキサン梯
子型回路網（branch siloxane ladder network）の最終
的なマトリックスになる。（分岐シロキサン梯子状網
は、三官能および二官能の有機アルコキシシランの加水
分解縮合から形成されるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏの三次元網
であり、ここで、Ｓｉ原子の少なくとも２０％は３つの
Ｏ原子に結合される。）

【００１０】典型的には、マトリックス前駆物質は、光
像形成システムと混合する前に早期硬化される。（「早
期硬化」とは、さらに縮合を誘導することによって前駆
物質の粘性を高める工程を示す。）早期硬化の結果、典
型的には光像形成システムを追加する前にマトリックス
構造が部分的に形成されるので、早期硬化工程なしで起
こる光活性モノマーの熱誘導重合を実質的に避けるため
に十分に穏かな時間と温度で最終的な硬化を行うことが
可能である。（「早期」とは、データの書き込み工程の
前の光活性モノマーの重合を示す。）

【００１１】マトリックス材料のハイブリッド性は、い
くつかの利点をもたらす。無機土台は、熱的、機械的、
かつ化学的な安定をもたらす。また、無機土台は、有機
ポリマーマトリックスを用いる媒体によって典型的に示
される塊状粘弾性クリープおよび塊状重合誘導収縮の両
方を減らす。土台に付された有機部分は、マトリックス
前駆物質と光像形成システムの有機成分（例えば光活性
モノマー）のと互換性を提供し、媒体の製造の間にマト
リックス前駆物質中の光像形成システムの望ましい拡散
を可能にする。さらに、アリルなどの大きな有機部分
は、マトリックスの自由体積を増やし、網密度を減ら
す。このように網密度が低くなると、露出の間のマトリ
ックス内のモノマーの拡散を緩和するようであり、よっ
てデータを記憶するプロセスを改良する。さらに、有機
部分の選択は、マトリックスの物理的特性の調整を可能
にする。

【００１２】よって、本発明は、化学的かつ機械的な安
定をもたらすハイブリッド無機有機マトリックスを有す
る光記録媒体を提供し、マトリックスの特性を選択する
際にいくらかの許容範囲を与え、比較的厚い層での形成
を可能にする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のプロセスに従って、ハイ
ブリッド無機有機マトリックス前駆物質が提供される。
マトリックス前駆物質、典型的にはさらにいくらか縮合
されたオリゴマー材料は、１つ以上の光活性有機モノマ
ーと光重合開始剤などの追加の構成要素とを典型的に含
む光像形成システムと混合される。続いて、混合物は硬
化されて最終的なマトリックスを形成する。（本発明の
目的において、「無機」とは、周期律表の４族、５族、
１３族、および１４族から選択される元素を示す。これ
らの族は、例えばHawley's Condensed Chemical Dictio
nary（ホーリーの要約化学辞典）第12版で定義されてい
る。）マトリックスおよび光像形成システムは独立した
化学的性質を示すように選択され、これは、マトリック
ス形成の仕組みがホログラム銘刻の仕組みとは異なるこ
と、すなわち、マトリックスが前駆物質から形成される
プロセスは、（ａ）光活性モノマーの重合を実質的には
誘導せず、また（ｂ）ホログラムの書き込みの間に後続
のモノマーの重合を実質的に阻止しないことを意味す
る。よって、独立した化学的性質は、もとの位置のマト
リックス形成が光像形成システムの情報記憶能力に実質
的に影響を与えないことを確保する。マトリックスは典
型的には前駆物質の熱硬化によって形成される。光像形
成システムの光活性モノマーは照射への露出によって重
合するように、かつマトリックス形成状態に比較的反応
しないように設計されているので、マトリックス形成は
典型的には光像形成システムに実質的には影響を与えな
い。しかし前述のとおり、マトリックス硬化の間に、典
型的には光活性モノマーの熱誘導重合がいくらか起こ
る。（後続の重合の阻止は、マトリックス形成が、例え
ば、光活性モノマーの重合に干渉する種類の形成をもた
らす可能性を言及する。）

【００１４】ハイブリッドマトリックス前駆物質は、典
型的にはＲ_n Ｍ（ＯＲ’）_4-n で表される化合物から誘
導されるオリゴマーであり、ここでＭは、シリコン、チ
タン、ゲルマニウム、ジルコニウム、バナジウム、およ
びアルミニウムなどの３価以上の原子価を有する金属元
素であり（シリコンは本発明の目的において金属元素と
みなされる）、Ｒはメチルまたはフェニルなどのアルキ
ルまたはアリルであり、Ｒ’は最大４個の炭素原子を有
する低アルキルであり、ｎは１〜２の範囲内である。前
駆物質の少なくとも一部は、三次元マトリックス構造を
提供するために三官能（ｎ＝１）である必要がある。オ
リゴマー前駆物質、特にシロキサンオリゴマーを入手す
ることが可能である。あるいは、モノマー前駆物質を得
ることが可能であるが、その場合は、関連するオリゴマ
ーは、光記録媒体を製造するプロセスの前のある時点
で、典型的には前駆物質を光像形成システムと混合する
前に形成される。光像形成システムと混合する前にオリ
ゴマー前駆物質を得るまたは形成することによって、よ
り穏かな最終硬化が可能になり、よって光活性モノマー
の早期重合の可能性が減る。

【００１５】マトリックス形成は、典型的にはアルコキ
シドゾルゲル化学の公知の機構によって起こる。例え
ば、C. J. Brinker等の、「Sol-Gel Science: Physics
& Chemistry of Sol-Gel Processing（ゾルゲル科学−
ゾルゲル加工の物理と化学）」（Academic Press、1990
年）を参照。標準的なアルコキシドゾルゲル化学に従っ
て、三官能オリゴマー前駆物質の硬化はさらなる縮合を
含み、これによって前駆物質は三次元網を形成する。最
終的な硬化マトリックスの土台に付された有機部分は、
媒体の特性（例えば、可撓性、衝撃抵抗性、熱衝撃抵抗
性、屈折率、密度、摩耗抵抗性）に影響を与える。望ま
しい特性を提供するために、有機部分（例えばメチルと
フェニルの両方）の組み合わせを用いることが可能であ
る。例えばメチルは、ハイブリッドマトリックス前駆物
質と光像形成システムとの相容性を高め、かつ穏かな硬
化状態の使用を可能にする。またフェニル基は、硬化の
速度が下がるものの、この相容性を提供する。フェニル
のサイズが大きいため、フェニル基は、自由体積を増や
し、かつメチル部分だけを有するマトリックスと比べて
マトリックスの網密度を下げる。低い網密度は、データ
の書き込みの間の光活性有機モノマーの拡散を促進し、
マトリックスにいくらかの可撓性を与える。（マトリッ
クス前駆物質が三官能有機アルコキシシランの加水分解
および縮合から誘導される場合、マトリックスの土台に
ジメチルシリル基を含めることによって拡散も強化され
る。これはまた熱衝撃抵抗性を向上させるが、マトリッ
クスの縮合速度を下げる。） 縮合反応で取り除かれる
有機部分（例えば上記のＲ’）は、典型的にはマトリッ
クスの形成速度に影響を与える。例えば、より大きいア
ルコキシ基の反応時間が遅くなるという公知の傾向に従
い、メトキシ基が付された前駆物質は、典型的には、よ
り大きいエトキシ基が付された前駆物質よりも速く反応
する。

【００１６】選択可能なこととして、ハイブリッドマト
リックス前駆物質は、光像形成システムとの混合の前に
早期硬化される、すなわちオリゴマーマトリックス前駆
物質の場合にはさらに縮合される。マトリックス前駆物
質の縮合を促進するために早期硬化が用いられる場合、
マトリックス前駆物質／光像形成システムの混合物のよ
り穏かな最終硬化が一般的には要求されるが、これは最
終硬化が実質的に縮合されたオリゴマーで行われるから
である。より穏かな硬化が有利であるのは、光活性モノ
マーの熱誘導早期重合などの光像形成システムへの損害
が概して低減されるという点である。早期硬化は、早期
硬化前駆物質における光像形成システムの実質的な拡散
を可能にする程度に行われるが、早期硬化の条件は、特
定のハイブリッドマトリックス前駆物質に応じて変化す
る。さらに、早期硬化の後で前駆物質を薄めるために、
アセトンなどの有機溶剤を加えることが可能である。典
型的には、早期硬化は、１００〜２００℃の範囲の温度
で１時間未満行われる。制御サンプルは、早期硬化の受
容可能な条件についての情報を容易に提供する。

【００１７】ハイブリッドマトリックス前駆物質（早期
硬化されているか否かにかかわらず）と光像形成システ
ムを混合する前に、前駆物質の粘性は典型的には溶剤の
追加によって約１０００ｃｐｓ以下に調整されて、混合
を促す。熱の適用によってかつ／または溶剤の使用によ
って、粘性を調整することが可能である。本発明に適し
た溶剤には、最大４個の炭素原子を有するアルカノー
ル、および最大４個の炭素原子を有するケトンが含まれ
る。ここで、アルカノールとケトンは、約８０℃未満の
温度でマトリックス前駆物質材料／光像形成システムの
混合物から気化することができる。アセトンは、特に多
様なマトリックス前駆物質材料、特にシロキサン・ベー
スの土台（siloxane-based backbone）を有する前駆物
質材料について有用である。溶剤が用いられる場合、溶
剤は典型的には最初にマトリックス前駆物質と混合され
て、前駆物質の粘性を減らし、続いて光像形成システム
は溶媒和された前駆物質と混合される。溶剤は、マトリ
ックス前駆物質が早期硬化されている場合に特に有用で
あるが、それは早期硬化がマトリックス前記物質の粘性
を高めるからである。混合する時に、ハイブリッドマト
リックス前駆物質および光像形成システムは、溶媒和さ
れたハイブリッドマトリックス前駆物質において光像形
成システムの溶液を効果的に形成する。溶剤の塊は真空
下でゆっくりと熱することによって取り除かれ、さらに
これによりマトリックス縮合が促される。このプロセス
は、望ましい重量が得られたときに中止される。

【００１８】光像形成システムは光活性有機モノマーを
含み、これは、データのページを表す配列を通過した光
に光像形成システムを露出したときに重合が誘導され
る。重合によって生ぜしめられた照射領域のより少ない
量のモノマーに反応して、追加のモノマーは暗所から露
出領域に拡散する。重合およびその結果としてのモノマ
ー濃度の差は屈折率の変化を引き起こし、記録光によっ
て運ばれるデータのホログラムを形成する。多様な有用
なモノマー（典型的には光モノマーという）は関連技術
において公知であり、本発明において有用である。米国
特許出願一連番号第08/698,142号およびW. K. Smothers
等の「Photopolymers for Holography（ホログラフィー
のための光ポリマー）」（SPIE OE/レーザー会議、1212
-03、カリフォルニア州ロサンゼルス市、1990年）を参
照。両方とも前述されている。光モノマーを選択する際
の考慮として、モノマーの屈折率、特にモノマーの屈折
率とマトリックスの屈折率との間の対照、ならびにモノ
マーの反応性速度（rate ofreactivity）が含まれる。
本発明の媒体に適したモノマーは、イソボルニルアクリ
レート、フェノキシエチルアクリレート、ジエチレング
リコールモノエチルエーテルアクリレートなどのアクリ
酸モノマーを含む。エポキシドおよびビニルエーテルな
どの他の官能基を有するモノマーも適している。媒体の
露出した部分と露出していない部分の間の対照を強化す
るモノマーを用いることが可能である。これらの対照を
強化するモノマーには、２−ナプチル−１−オキシエチ
ルアクリレートおよび２（Ｎ−カルバゾイル−１−オキ
シエチル）アクリレートなどのアクリル酸塩が含まれ
る。また、比較的低い屈折率（例えば１．５０未満）を
示すモノマーを用いることが可能である。モノマーの混
合物は、いくつかの状況において望ましい特性を提供す
るために有用である。

【００１９】典型的には、光像形成システムはさらに光
重合開始剤を含む。光への露出によるモノマーの直接光
誘導重合は、特に記録媒体の厚さが増すので、しばしば
困難である。光重合開始剤は、比較的低レベルの記録光
に露出されると、モノマーの重合を化学的に開始し、モ
ノマーの直接光誘導重合の必要がなくなる。光重合開始
剤は一般的にマトリックスに溶解可能であり、最終的マ
トリックス硬化によってほとんど影響を受けず、特定の
光モノマーの重合を開始する種類の源を提供すべきであ
る。典型的には、光像形成システムの重量に基づいて、
０．１〜５ｗｔ％の光重合開始剤が望ましい結果をもた
らす。当業者にとって公知であり、かつ市販されている
多様な光重合開始剤が、本発明で使用するのに適してい
る。また、光像形成システムで他の添加物、例えば、比
較的高いまたは低い屈折率を有する不活性拡散物質を用
いることが可能である。

【００２０】マトリックス前駆物質と光像形成システム
の混合物は、最終的なマトリックス硬化を受けて、もと
の位置でマトリックスを形成する。最終マトリックス硬
化は、光像形成システムの光活性モノマーの実質的な早
期重合を避ける条件下で効果的に行われる。例えば前述
のとおり、モノマーの光誘導重合が避けられるので、熱
マトリックス硬化は典型的には効果的である。（しか
し、モノマーの重合が実質的には引き起こされない波長
の光を用いて最終マトリックス硬化を行うことが考えら
れる。）しかし、熱硬化の間でさえ、光像形成システム
のいくらかの光活性モノマーは典型的には失われ、重合
または揮発する。効果的には、モノマーの少なくとも７
５モル％が硬化後も残存し、少なくとも９０モル％が硬
化後も残存することがより効果的である。さらに、ハイ
ブリッドマトリックス前駆物質の完全な硬化は典型的に
は不要である。用いられる特定の前駆物質によって異な
るが、受容できる物理的特性（すなわち潜在的な反応性
前駆物質の官能性の２０％が反応しない）を有するマト
リックス構造を提供するためには、前駆物質の約８０％
の硬化が一般的には十分である。一般的には、早期重合
を減らすためには、１００℃未満の温度で最終硬化を行
うことが望ましい。このような温度では、数時間または
数日間、硬化を行うことがしばしば必要となる。望まし
い一組のパラメータについて適切な硬化の条件を決定す
るために、制御サンプルが容易に用いられる。硬化が完
了すると、光記録媒体は、例えば前述のようなホログラ
フィー方法による、データ記憶を行う準備ができてい
る。

【００２１】効果的な実施例では、ハイブリッドマトリ
ックス前駆物質は、１つ以上の三官能有機アルコキシシ
ラン（例えばトリエトキシシラン）の加水分解および縮
合から誘導される有機シロキサンオリゴマーである。特
に有用な三官能有機アルコキシシランは、メチルトリエ
トキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、およびメ
チルトリエトキシシランとフェニルトリエトキシシラン
の両方の混合物を含む。また、望ましい物理的特性を提
供するために、ジアルコキシシランなどのいくつかの二
官能有機アルコキシシランを含むことが可能である。特
に、二官能有機アルコキシシランが存在すると、マトリ
ックスの架橋濃度（cross-link density）が下がるの
で、媒体における光活性モノマーの拡散を促進すると考
えられている。オリゴマー前駆物質の形成は、加水分解
と縮合によって達成されるので、分岐シロキサン梯子型
回路網を形成する。このオリゴマー形成工程は、典型的
には早期硬化の前に行われ、多様なこのようなオリゴマ
ー材料が市販されている。前述のように、有機部分は、
前駆物質における光活性有機モノマーの溶解性を向上さ
せ、かつ最終シロキサンマトリックスにいくぶん可撓性
を分け与える。部分的に加水分解された有機シロキサン
オリゴマーとして有機アルコキシシランを、液体または
フレークとして知られる固体の状態で、市販で入手する
ことが可能である。有機シロキサンオリゴマーフレーク
が用いられる場合は、溶剤（典型的にはブタノール）と
混合して溶液を形成する。また、液体有機シロキサンマ
トリックス前駆物質（モノマーであるか、オリゴマーで
あるか、またはモノマーとオリゴマーの両方であるか否
かを問わない）に溶剤を加えて、前駆物質の粘性を望ま
しいレベルに調整することも可能である。アセトンは、
粘性を大きく減らすために少量しか必要がないので、こ
の目的のために特に効果がある。早期硬化は、オリゴマ
ー有機シロキサン前駆物質で効果的に行われる。早期硬
化の前または最中に、溶剤および縮合の生成物（一般的
には揮発性である）の一部が典型的には気化する。早期
硬化は、一般的には約１００〜１６０℃の温度で、約１
０分以下の比較的短時間行われる。早期硬化は、オリゴ
マー前駆物質の縮合をさらに促進し、粘性を上げる。

【００２２】早期硬化された有機アルコキシシランマト
リックス前駆物質は、光像形成システムとの混合を促進
するために、典型的には溶剤と混合されて粘性を下げ
る。続いて、前述のように、溶剤の塊は真空下でゆるや
かに熱することによって取り除かれ、またこうすること
によってマトリックスの縮合をさらに進める。そして、
望ましい重量に達したときにこのプロセスは中止され
る。続いて、混合物は最終的に硬化されて、もとの位置
で無機有機分岐シロキサン梯子型回路網のマトリックス
を形成する。早期硬化の効果により、最終硬化は、典型
的には約６０〜８０℃の比較的低温で、比較的長時間
（例えば５０時間を超えて）行われる。この温度の範囲
は、早期硬化の間に開始された縮合を続けるために十分
であるが、一般的に、光像形成システムにおける光活性
モノマーの早期重合を減らすためには十分低い。有用な
媒体を形成するためには、シロキサンマトリックスを完
全に硬化する必要はない。総じて前述したように、望ま
しい構造完全性を提供するためには約８０％の硬化が典
型的には適している。

【００２３】記録媒体の製造は、典型的には、例えば液
体混合物を含むためのガスケットを用いて２枚のプレー
トの間にマトリックス前駆物質／光像形成システムの混
合物を堆積させることを含む。プレートは典型的にはガ
ラスであるが、また、データを書き込むために用いられ
る放射に対して透過な他の材料（例えばポリカーボネー
トまたはポリ（メタクリル酸メチル）などのプラスチッ
ク）を用いることも可能である。記録媒体について望ま
しい厚さを維持するために、プレートの間にスペーサー
を用いることが可能である。マトリックス硬化の間に、
材料の収縮によりプレートに応力をもたらすことが可能
である。この応力はプレートの平行度および／または間
隔を変え、よって媒体の光特性に悪影響を与える。この
ような影響を低減するために、平行度および／または間
隔の変化に応じて調整できる取付台（例えば真空チャッ
ク）を含む装置にプレートを置くことが有用である。こ
のような装置では、従来の干渉計法を用いて平行度を監
視し、かつ必要な調整を行うことが可能である。

【００２４】図７は、本発明の光記録媒体と共に使用す
るのに適したホログラフィーシステム１０の基本要素を
示している。システム１０は、変調装置１２と、光記録
媒体１４と、センサー１６とを含む。変調装置１２は、
二次元ページの情報を光で表すことができる装置であ
る。装置１２は、典型的には、１ページの情報を変調装
置に対して符号化する符号化装置に接続された空間光変
調装置である。符号化に基づいて、装置１２は、装置１
２を通過する信号ビーム２０の部分を選択的に通したり
または阻止したりする。このようにして、ビーム２０は
情報ページイメージで符号化される。ページイメージ
は、光記録媒体１４の上または中の位置で参照ビーム２
２で、符号化された信号ビーム２０を干渉することによ
って記憶される。この干渉は、例えば変化する屈折率お
よび／または吸収のパターンとして、媒体１４の中に光
誘導された重合によってとらえられる干渉パターン（す
なわちホログラム）をもたらす。例えば、参照ビーム２
２の角度、波長、または位相を変えることによって、１
つ以上のホログラフィーイメージを１つの場所に記憶し
たり、またはホログラムを重複位置に記憶したりするこ
とが可能である。信号ビーム２０は、典型的には、媒体
１４中において参照ビーム２２で交差される前に、レン
ズ３０を通過する。この交差の前に、参照ビーム２２が
レンズ３２を通過することが可能である。

【００２５】イメージプロセスが完了した後で、記録媒
体１４は、残りの光活性材料を重合するフラッド露出
（flood exposure）を受ける。よって、このフラッド露
出は、写真的意味においてシステムを固定する。続い
て、同じ場所で、そして情報の記憶の間に参照ビーム２
２が向けられるのと同じ角度、波長、または位相で（前
述の位相相関マルチプレックスホログラフィーにおける
場合のように）媒体１４と参照ビーム２２を交差させる
ことによって情報を検索することが可能である。再構築
された情報ページはレンズ３４を通過し、センサー１６
によって検出される。例えば、センサー１６は、電荷装
置またはアクティブピクセルセンサーである。センサー
１６は、典型的には、情報ページを解読する装置に取り
付けられる。

【００２６】例１ いくつかの記録媒体が、以下のプロセスに従って製造さ
れた。メチルトリエトキシシランおよびフェニルトリエ
トキシシラン（メチル対フェニルのモル比は１：１）か
ら誘導された部分的に加水分解され縮合されたオリゴマ
ーマトリックス前駆物質は、フレーク状でＯｗｅｎｓ−
Ｉｌｌｉｎｏｉｓ社（オハイオ州トレド）から得られ
た。アセトンでの前駆物質の溶液（０．２５ｇ／ｃｍ³
の濃度）は、微粒子を取り除くために、５０ミクロンの
メッシュスクリーンで濾過された。続いて、混合物を活
発にかき混ぜながら約１２０℃まで加熱することによっ
て、早期硬化が行われた。溶剤の蒸発とエタノールの放
散（evolution）の後で回収された残留物（縮合生成物
であった）はアセトンに再び溶解された。溶媒和された
残留物に、１０ｗｔ％のアクリル酸ラウリルモノマー
（初期オリゴマーマトリックス前駆物質の重量に基づ
く）、およびモノマーの重量に基づいて５ｗｔ％のチタ
ノシン有機金属光重合開始剤（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙか
ら得られたＣＧＩ７８４）。その結果得られた混合物は
約８０℃まで加熱されてから、ガラス板に置かれたＯリ
ング（直径約３ｃｍ、厚さ約３００μｍ）中に注がれ
た。二枚目のガラススライドがＯリングの上に置かれ、
サンプルは対流オーブンで５０時間８０℃で硬化され
た。硬化されたサンプルは透明で、望ましい光品質（例
えば、厚さの均一性が良好であること、気泡および他の
内部欠陥が低レベルであること）を示した。

【００２７】例２ アクリル酸ラウリルモノマーに対する例１の最終マトリ
ックス樹脂硬化の影響は、赤外線分光学（ＩＲ）と核磁
気共鳴分光学（ＮＭＲ）を用いて、２つのサンプルにつ
いて監視された。ＩＲ分析の場合は、サンプルは、例１
に従って用意されたが、ガラスではなくＮａＣｌ板を用
いた。スペクトルは、最初の１０時間は１時間間隔で、
硬化の残り時間は５時間間隔で、ＢＯＭＥＮ Ｍｉｃｈ
ｅｌｓｏｎ １００ ＦＴＩＲ分光計で得られた。固体サ
ンプルのＮＭＲ分析は、ジルコニウムＮＭＲロータで行
われ、ＣおよびＳｉのＮＭＲスペクトルは、それぞれ１
００．５ＭＨｚと７９．５ＭＨｚの周波数でＶａｒｉａ
ｎ Ｕｎｉｔｙ ４００分光計に記録された。ＮＭＲスペ
クトルは硬化サイクルの最初に取られ（ノンスピニング
スペクトル）、そして硬化サイクルの最後に取られた
（５．６ｋＨｚでマジックアングルスピニングスペクト
ル）。ＮＭＲ分析を行う際に、Ｈ−ＣとＨ−Ｓｉの直交
編波に対してそれぞれ１０００μｓと２５００μｓの接
触時間が用いられた。硬化の最初と最後の両方で、ＮＭ
Ｒ分析の間に強力陽子減結合が用いられた。

【００２８】図１は、５０時間にわたる最終硬化におい
て記録されたＩＲスペクトルを示す。硬化の間のアクリ
ル酸塩の残存は図２Ａおよび２Ｂに反映され、これは図
１のデータから分離されたアクリルカルボニルストレッ
チ（１７０５ｃｍ^-1）およびアクリルＣ＝ＣＨ₂ 揺動
（wag） 吸収（９１０ｃｍ^-1）を反映している。図２Ａ
では、ピーク吸収強度は、オリジナルの値の約８０％ま
で減少する。しかし、アセトンカルボニルは、同じ波長
領域で吸収し、また吸収強度の損失は、おそらく硬化の
間の残留溶剤の揮発による。図２Ｂは、硬化における、
アクリルＣＨ₂部分による、比較的一定した強度の帯を
示す。アクリルＣ＝Ｃ帯は、有機珪酸塩帯によって不透
明にされたので、モニターとして用いることはできなか
った。従って、ＩＲデータは、記録媒体におけるアクリ
ル酸塩残存の正確な定量化を提供しなかった。

【００２９】図３Ａおよび３Ｂは、テトラメチルシラン
スケール上の７Ｘと１Ｘのそれぞれでの最終硬化の前の
サンプルのＮＭＲスペクトルを示す。媒体材料からの該
当する共鳴は、残留アセトンと共に記された。カルボニ
ル信号（１６６．３ｐｐｍ）は硬化の間にアクリル酸塩
の安定性を監視するために再び用いられた。なぜなら、
フェニルシロキサンの芳香共鳴がアクリルオレフィン炭
素を不透明にするからである。メチレンおよびメチル炭
素の信号は、それぞれ５８．５ｐｐｍと１８．０ｐｐｍ
で、残留エトキシ基の証拠を提供する。０．３ｐｐｍで
の小さな共鳴は、網に、三官能前駆物質の二官能不純物
から生ずると考えられている。小量のジメチルシロキサ
ンのユニットが存在することを示す。硬化後のＮＭＲス
ペクトルは、図４Ａおよび図４Ｂで、それぞれ６．５Ｘ
および１Ｘで示されている。１７３ｐｐｍで共鳴がない
ことは、重合されたアクリル酸塩におけるカルボニル信
号を示すが、これは、モノマーが硬化の条件で熱的に安
定していたことを示す。しかし、硬化の前と後でのスペ
クトルの比較は、モノマーアクリル酸塩の約７５％が硬
化の後で残っていたことを示した。小量のアクリルモノ
マーが、（重合とは対照的に）揮発のために失われると
考えられている。

【００３０】また、ＮＭＲはマトリックス形成について
の情報を提供した。図５は、例１で用いられた有機シロ
キサンの化学構造を示す。Ｔ⁰ は基本モノマーを表し、
Ｔ¹、Ｔ² 、Ｔ³ はＴ⁰ モノマーの加水分解から縮合の
連続的な段階を表す。図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ最
終硬化の前と後のＮＭＲスペクトルを示し、ｍの下付き
文字はメチル部分を示し、ｐｈの下付き文字はフェニル
部分を示す。有機シロキサンは部分的に加水分解された
オリゴマーとして得られるので、図６ＡのＮＭＲスペク
トルは、主にＴ² とＴ³ を示し、小量のジメチルシロキ
サン（Ｄ² _m）がある。最終硬化の前の硬化の程度、すな
わち網形成の程度は、約８４％であると推定された。図
６Ｂは、最終硬化の後のＮＭＲスペクトルを示す。ピー
クは同様だが、強度と幅がわずかに異なる。図６Ｂは、
硬化の間にさらにマトリックス形成が起こったことを示
すが、１００％の反応ではなかった。

【００３１】例３ 基本的なホログラフィーの分析が、例１に従って製造さ
れたが材料の厚さが１００μｍであるサンプルに対して
行われた。シフトマルチプレックス（shift-multiple
x）構造が用いられ、これでは部分的に重複するホログ
ラムが連続して記録され、それぞれのホログラムがシフ
トされた媒体の新しい場所にあり、読み出しの間の弁別
がブラッグ選択率（Bragg selectivity）によって可能
とされた。信号および参照ビームは、ダイオード・ポン
プ二重周波数ＹＡＧレーザーによって生成され、５３２
ｎｍの波長を示した。１つの非傾斜平面波ホログラム
が、約３ｍＷ／ｃｍ²の強度で１０秒間の露出で媒体中
に記録された（「非傾斜」とは、参照ビームおよび信号
ビームの交差点に垂直である媒体方向を示す）。２つの
ビームの強度はほぼ等しく、ホログラムｄスペーシング
は約８３９ｎｍに維持された。６３２ｎｍで放射する１
ｍＷ ＨｅＮｅレーザーをプローブビームとして用い
て、リアルタイムでホログラムの形成の初期の段階を監
視した。ＨｅＮｅプローブによる回折の程度は、ホログ
ラム強度を示すものとして用いられた。ＨｅＮｅプロー
ブはホログラム強度の真の定量測定は提供しないが、こ
の方法は質的に有用である。ＨｅＮｅプローブによって
得られたデータは図８に反映されている。図８は、最大
の回折効率が数秒で達成されることを示している。

【００３２】ホログラムの書き込みの後で、サンプルは
キセノンランプでフラッド硬化され、出力はフィルター
されて、約１０〜２０秒間、可視スペクトルで１０ｍＷ
／ｃｍ²の強度をもたらす。フラッド硬化は、ホログラ
ムの読み出しの間のさらなる光反応に対してシステムを
安定化させる。ホログラムの耐久度をテストするため
に、１２時間継続フラッド照明が行われた。最初のフラ
ッド照明と、１２時間の照明の後の結果が、図９に示さ
れている。媒体は、１２時間の照明の後で回折効率がわ
ずかに下がったことを示した。この減少の仕組みは、光
重合開始剤の存在によるホログラムの一部の漂白である
ように思われる。すなわち、光重合開始剤の吸収格子が
平面波ホログラムに対して重畳された。残留回折は、光
重合の屈折率パターンによって引き起こされたホログラ
ムのために、強度が劣化せず、恒久的であることが観察
された。

【００３３】本明細書で開示された本発明の仕様と実践
を考慮すると、本発明の他の実施例は、当業者には明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録媒体の硬化の過程におけるＩＲス
ペクトルを示す。

【図２Ａ】図１のＩＲスペクトルから分離されたデータ
を反映している。

【図２Ｂ】図１のＩＲスペクトルから分離されたデータ
を反映している。

【図３Ａ】７Ｘで最終硬化の前の、本発明の記録媒体の
ＮＭＲスペクトルを示す。

【図３Ｂ】１Ｘで最終硬化の前の、本発明の記録媒体の
ＮＭＲスペクトルを示す。

【図４Ａ】６．５Ｘで最終硬化の後の、本発明の記録媒
体のＮＭＲスペクトルを示す。

【図４Ｂ】１Ｘで最終硬化の後の、本発明の記録媒体の
ＮＭＲスペクトルを示す。

【図５】実施例で用いられる有機アルコキシシランの化
学構造を示す。

【図６Ａ】図５の有機アルコキシシランの反応の範囲を
反映した、最終硬化の前のＮＭＲスペクトルを示す。

【図６Ｂ】図５の有機アルコキシシランの反応の範囲を
反映した、最終硬化の後のＮＭＲスペクトルを示す。

【図７】ホログラフィー記録装置の略図である。

【図８】本発明に従って製造された媒体に書き込まれた
ホログラムの回折効率を示す。

【図９】本発明に従って製造された媒体に対する、長い
フラッド露出の効果を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァレリー ジーン カック アメリカ合衆国 07043 ニュージャーシ ィ，アッパー モントクライア，ワーフィ ールド ストリート 45 (72)発明者 ラルフ イー．ティラー−スミス アメリカ合衆国 08812 ニュージャーシ ィ，ダンネレン，ファースト ストリート 819

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハイブリッド無機有機マトリックス前駆
   物質を提供する工程と、 マトリックス前駆物質と、光活性モノマーを備える光像
   形成システムとを混合する工程と、 混合物を硬化させて、光像形成システムを備えるハイブ
   リッド無機有機マトリックスを形成する工程であって、
   マトリックスおよび光像形成システムが独立した化学的
   性質を示す工程とを備える、光記録媒体の形成プロセ
   ス。
2. 【請求項２】 マトリックス前駆物質と光像形成システ
   ムとを混合する前にマトリックス前駆物質の早期硬化を
   行う工程をさらに備える、請求項１記載のプロセス。
3. 【請求項３】 光像形成システムがさらに光重合開始剤
   を備える、請求項１記載のプロセス。
4. 【請求項４】 硬化が熱硬化である請求項１記載のプロ
   セス。
5. 【請求項５】 マトリックス前駆物質が縮合の機構によ
   り反応してマトリックスを形成する、請求項１記載のプ
   ロセス。
6. 【請求項６】 マトリックス前駆物質が、一般的な式Ｒ
   _n Ｍ（ＯＲ’）_4-nの少なくとも１つの化合物から誘導
   されるものであり、Ｍが３価以上の原子価を有する金属
   元素であり、Ｒはアルキルまたはアリルであり、Ｒ’は
   ４個以下の炭素原子を有する低アルキルであり、ｎは１
   〜２の範囲内である、請求項１記載のプロセス。
7. 【請求項７】 Ｍが、シリコン、チタン、ゲルマニウ
   ム、ジルコニウム、バナジウム、およびアルミニウムか
   ら選択される、請求項６記載のプロセス。
8. 【請求項８】 マトリックス前駆物質が少なくとも１つ
   の三官能有機アルコキシシランから誘導され、マトリッ
   クスが分岐シロキサン梯子型回路網を備える、請求項１
   記載のプロセス。
9. 【請求項９】 マトリックス前駆物質が、メチルトリエ
   トキシシランと、フェニルトリエトキシシランおよびジ
   メチルジエトキシシランの少なくとも１つとを備える物
   質から誘導される、請求項８記載のプロセス。
10. 【請求項１０】 マトリックス前駆物質を光像形成シス
    テムと混合する前にマトリックス前駆物質の早期硬化を
    行う工程をさらに備える、請求項８記載のプロセス。
11. 【請求項１１】 マトリックス前駆物質を溶剤と混合す
    る工程をさらに備える、請求項１０記載のプロセス。
12. 【請求項１２】 溶剤がアセトンである請求項１１記載
    のプロセス。
13. 【請求項１３】 早期硬化が約１００〜１６０℃の温度
    で行われる請求項１０のプロセス。
14. 【請求項１４】 硬化が約６０〜８０℃の温度で行われ
    る請求項１０記載のプロセス。
15. 【請求項１５】 光像形成システムがさらに光重合開始
    剤を備える、請求項８記載のプロセス。
16. 【請求項１６】 ハイブリッド無機有機マトリックス
    と、 マトリックスの中に配された光像形成システムであっ
    て、光像形成システムが光活性モノマーを備え、マトリ
    ックスおよび光像形成システムが独立した化学的性質を
    示す光像形成システムとを備える、光記録媒体。
17. 【請求項１７】 媒体が請求項１記載のプロセスによっ
    て製造される、請求項１６記載の光記録媒体。
18. 【請求項１８】 媒体が請求項６記載のプロセスによっ
    て製造される、請求項１６記載の光記録媒体。
19. 【請求項１９】 媒体が請求項８記載のプロセスによっ
    て製造される、請求項１６記載の光記録媒体。
20. 【請求項２０】 マトリックスが１ｍｍより厚い層とし
    て形成される、請求項１６記載の光記録媒体。
21. 【請求項２１】 層が、ガラスおよびプラスチックから
    選択される材料の少なくとも１枚のシートで支持され
    る、請求項２０記載の光記録媒体。
22. 【請求項２２】 光像形成システムがさらに光重合開始
    剤を備える、請求項１６記載の光記録媒体。
23. 【請求項２３】 マトリックスが４５℃より高いガラス
    転移温度を有する、請求項１６記載の光記録媒体。
24. 【請求項２４】 光記録媒体の選択された領域を照射す
    る工程であって、光記録媒体が、ハイブリッド無機有機
    マトリックスとマトリックスの中に配された光像形成シ
    ステムとを備え、光像形成システムが光活性モノマーを
    備え、またマトリックスおよび光像形成システムが独立
    した化学的性質を示す工程を備える、ホログラフィーの
    プロセス。
25. 【請求項２５】 ハイブリッド無機有機マトリックスが
    請求項１記載のプロセスで製造される、請求項２４記載
    のプロセス。
26. 【請求項２６】 ハイブリッド無機有機マトリックスが
    請求項８記載のプロセスで製造される、請求項２４記載
    のプロセス。