KR19990078200A - 광학물및그개체를형성하기위한처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 광학물 (optical article), 예를 들면 홀로그래픽 (holographic) 기록 매체나 폴리머 도파관 (polymeric waveguide)은 매트릭스 프리커서 (matrix precursor)와 광활성 모노머 (photoactive monomer)를 혼합시키고, 원위치에 매트릭스를 형성하도록 그 혼합체를 치유함으로서 형성된다. 치유하는 동안 매트릭스 프리커서가 중합 (polymerization)되는 반작용은 데이터를 기록하는 동안 광활성 모노머가 중합되는 반작용과 독립적이다. 부가하여, 광활성 모노머의 중합으로부터 주어지는 폴리머와 매트릭스 폴리머는 서로 호환가능하다. 독립적인 반응에 의해 중합되는 매트릭스 프리커서 및 광활성 모노머가 사용되면, 실질적으로 치유하는 동안 광활성 모노머와 매트릭스 프리커서 사이의 교차-반작용 (cross-reaction) 및 이어지는 모노머 중합의 억제를 방지하게 된다. 결과적으로 호환가능한 폴리머가 된 매트릭스 프리커서 및 광활성 모노머가 사용되면, 실질적으로 위상 분리를 방지하게 된다. 원위치에서의 정보는 원하는 두께로 개체를 제작하도록 허용한다.
Description
본 출원은 1998년 5월 24일 출원된 출원 일련 No. 09/046822의 부분적인 연속이다.
본 발명은 홀로그래픽 (holographic) 저장 매체, 특히 광필터 또는 빔 스티어러 (beam steerer)와 같은 구성성분으로 사용되거나 홀로그래픽 저장 시스템과 사용되는 매체를 포함하는 광학물 (optical article)에 관한 것이다.
정보 저장 디바이스와 방법을 개발하는 사람들은 계속하여 저장 용량을 증가시키려 한다. 이 개발 내용의 일부로, 페이지-와이즈 (page-wise) 메모리 시스템, 특히 홀로그래픽 시스템은 종래 메모리 디바이스에 대한 대안으로 제안된다. 페이지-와이즈 시스템은 전체적인 2차원 데이터 표현, 예를 들면 페이지 (page)의 저장 및 판독을 포함한다. 전형적으로, 기록광은 데이터를 나타내는 2차원 어레이 (array)의 어둡고 투명한 영역을 통과하고, 홀로그래픽 시스템은 저장 매체에 각인된 변화하는 굴절률의 패턴으로 페이지의 홀로그래픽 표현을 3차원적으로 저장한다. 홀로그래픽 시스템은 일반적으로 여기서 참고로 포함되는 D. Psaltis의 "홀로그래픽 메모리 (Holographic Memories)"Scientific American, 1995년 11월에서 논의된다. 홀로그래픽 저장의 한가지 방법은 여기서 참고로 포함되는 미국 특허 No. 5,719,691 (1998년 2월 17일 부여된)에서 설명된 위상정정 다중화 홀로그래피이다. 위상정정 다중화 홀로그래피의 한 실시예에서, 기준 광빔은 위상 마스크 (phase mask)를 통과하고, 데이터를 나타내는 어레이를 통과한 신호빔과 기록 매체에서 교차되어, 매체에 홀로그램 (hologram)을 형성한다. 위상 마스크와 기준빔의 공간관계는 연속되는 각 데이터의 페이지에 대해 조정되고, 그에 의해 기준빔의 위상을 변조하여 매체에서 데이터가 겹쳐진 영역에 저장되도록 허용한다. 데이터는 나중에 데이터를 저장하는 동안 사용된 것과 같은 위상 변조를 포함하여 기준빔을 원래 저장 위치로 통과시킴으로서 재구성된다. 또한, 매체에 전해지는 빛을 제어 또는 수정하는 능동적인 광학적 구성성분, 예를 들면 필터나 빔 스티어러 (beam steerer)로 볼륨 홀로그램을 사용하는 것이 가능하다. 굴절률 변화를 제공하는 기록 처리는 또한 도파관과 같은 개체를 형성할 수 있다.
도 1은 홀로그래픽 시스템(10)의 기본적인 구성성분을 도시한다. 시스템(10)은 변조 디바이스(12), 광기록 매체(14), 및 센서(16)를 포함한다. 변조 디바이스(12)는 2차원에서 데이터를 광학적으로 나타낼 수 있는 디바이스이다. 디바이스(12)는 전형적으로 변조기로 데이터를 부호화하는 부호화 유닛에 부착된 공간적 광변조기이다. 부호화를 근거로, 디바이스(12)는 디바이스(12)를 통과하는 신호빔(20)의 일부분을 선택적으로 통과 또는 저지시킨다. 이 방식으로, 빔(20)은 데이터 영상과 부호화된다. 영상은 광기록 매체(14)내의, 또는 광기록 매체상의 위치에서 기준빔(22)으로 부호화된 신호빔(20)을 간섭함으로서 저장된다. 간섭은 예를 들면, 변화하는 굴절률의 패턴으로 매체(14)내에 포착되는 간섭 패턴 (또는 홀로그램)을 생성한다. 사용되는 특정 기준빔에 의존하여, 예를 들어 기준빔(22)의 각도, 파장, 또는 위상을 변화시킴으로서 홀로그램이 겹쳐지는 위치에 저장하거나 하나 이상의 홀로그래픽 영상이 단일 위치에 저장하는 것이 가능하다. 신호빔(20)은 전형적으로 매체(14)에서 기준빔(22)과 교차되기 이전에 렌즈(30)를 통과한다. 이러한 교차 이전에 기준빔(22)이 렌즈(32)를 통과하는 것이 가능하다. 일단 데이터가 매체(14)에 저장되면, 기준빔(22)이 데이터를 저장하는 동안 전달되었던 것과 같은 각도, 파장, 또는 위상 및 같은 위치에서 기준점(22)을 매체(14)와 교차시킴으로서 데이터를 회복하는 것이 가능하다. 재구성된 데이터는 렌즈(34)를 통과하여 센서(16)에 의해 검출된다. 센서(16)는 예를 들면, 전하 결합 디바이스나 활성적 픽셀 센서이다. 센서(16)는 전형적으로 데이터를 복호화하는 유닛에 부착된다.
이와 같은 홀로그래픽 저장 디바이스의 기능은 저장 매체에 의해 부분적으로 제한된다. 수년 동안 연구 목적을 위해 저장 매체로 사용되었던 것은 철이 도핑된 리듐 니오베이트 (lithium niobate)이다. 그러나, 리듐 니오베이트는 값이 비싸고, 열악한 감도 (1 J/cm2)를 나타내고, 낮은 지수 대비 (약 10-4의 △n)을 갖고, 또한 손상 판독 (즉, 판독시 영상이 손상되는)을 나타낸다. 그러므로, 광감지 폴리머막 (photosensitive polymer film)의 분야에서 특히 다른 방법을 찾았다. W.K. Smothers의 "홀로그래피에 대한 포토폴리머 (Photopolymers for Holography)", SPIE OE/Laser Conference, 1212-03, Los Angeles, CA, 1990을 참고한다. 여기서 설명되는 물질은 액체 모노머 물질 (liquid monomer material) (광활성 모노머)과 광초기화물 (photoinitiator) (빛에 노출되면 모노머의 중합 (polymerization)을 촉진시키는)를 포함하는 광영상화가능 시스템을 포함하고, 여기서 광영상화가능 시스템은 실질적으로 노출광에 작용되지 않는 유기적 폴리머 호스트 매트릭스 (host matrix)에 있다. 그 물질에 정보를 기록하는 동안 (데이터를 나타내는 어레이로 기록광을 통과시킴으로서), 모노머는 노출된 영역에서 중합된다. 중합에 의해 발생되는 모노머 농도의 저하로 인하여, 그 물질 중 어둡고 노출되지 않은 영역으로부터의 모노머는 노출된 영역으로 확산된다. 중합 및 결과의 농도 경사도로 인해, 굴절률이 변화되어, 데이터를 나타내는 홀로그램이 형성된다. 불행하게도, 광영상화가능 시스템을 포함하는 미리 형성된 매트릭스 물질의 기판상에 피착되는 것은 용매의 사용을 요구하므로, 그 물질의 두께가 예를 들면, 약 150 μm 이하로 제한되어, 안정한 물질을 구하고 무효 정보를 줄이도록 충분한 용매의 증발을 허용한다. 3차원 공간 매체를 사용하는 상술된 바와 같은 홀로그래픽 처리에서는 저장 용량이 매체의 두께에 비례한다. 그래서, 용매 제거에 대한 필요성은 매체의 저장 용량을 억제한다. (이 종류의 홀로그래피는 전형적으로 1 보다 큰 클라인-쿡 (Klein-Cook) Q 매개변수가 나타내지기 때문에 볼륨 홀로그래피라 칭하여진다 (W. Klein과 B. Cook의 "초음파광 회절에 대한 통합된 접근법 (Unified approach to ultrasonic light diffraction)"IEEE Transaction on Sonics and Ultrasonics, SU-14, 1967, pp 123-134를 참고). 볼륨 홀로그래피에서는 매체 두께가 일반적으로 주변 공간 보다 더 크다.)
여기서 참고로 포함되는 미국 특허 출원 일련 No. 08/698,142 (our reference Colvin-Harris-Katz-Schilling 1-2-16-10)은 또한 유기적 폴리머 매트릭스에서의 광영상화가능 시스템에 관한 것이지만, 더 두께운 매체의 제작을 허용한다. 특히, 그 출원은 광영상화가능 시스템과 유기적 올리고머 매트릭스 프리커서 (organic oligomer matrix precursor)의 유동적 혼합으로부터 원위치에 매트릭스 물질을 중합함으로서 형성되는 기록 매체를 설명한다. 올리고머를 포함하지는 않지만 유사한 종류의 시스템이 D.J. Lougnot,Pure and Appl. Optics, 2, 383 (1993)에서 논의된다. 이들 매트릭스 물질을 피착시키는데는 전형적으로 용매가 거의 또는 전혀 요구되지 않기 때문에, 예를 들어 100 μm 이상의 더 큰 두께가 가능하다. 그러나, 이와 같은 처리로 유용한 결과가 얻어지는 반면, 광활성 모노머와 매트릭스 폴리머에 대한 프리커서 사이에 반작용이 있을 가능성이 존재한다. 이와 같은 반작용은 매트릭스와 중합된 광활성 모노머 사이에 굴절률 대비를 감소시키게 되고, 그에 의해 저장된 홀로그램의 강도를 확장시키는데 영향을 주게된다.
그래서, 홀로그래픽 저장 시스템에서 사용되기에 적합한 광기록 매체를 제작하는데 있어서의 진전이 있었지만, 더 진전되는 것이 바람직하다. 특히, 예를 들어 200 μm 이상의 비교적 두꺼운 층으로 형성될 수 있고, 실질적으로 매트릭스 물질과 광모노머 (photomonomer) 사이의 반작용을 방지하고, 또한 유용한 홀로그래픽 특성을 나타내는 매체를 원한다.
도 1은 기본적인 홀로그래픽 (holographic) 저장 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 기록 매체의 굴절률 대조에 대한 몇가지 다른 광활성 모노머 (photoactive monomer)의 효과를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명
10 : 홀로그래픽 시스템 12 : 변조 디바이스
14 : 광기록 매체 16 : 센서
본 발명은 이전의 기록 매체에 대한 개선으로 구성된다. 본 발명에서, 독립적인 반작용에 의해 중합되는 광활성 모노머 (photoactive monomer)와 매트릭스 프리커서 (matrix precursor) (즉, 매트릭스가 형성되는 하나 이상의 구성물)의 사용은 치유하는 동안 광활성 모노머와 매트릭스 프리커서 사이의 교차-반작용 및 연속적인 모노머 중합의 억제를 모두 실질적으로 방지한다. 호환가능한 폴리머 (polymer)를 형성하는 매트릭스 프리커서와 광활성 모노머의 사용은 실질적으로 위상 분리를 방지한다. 또한, 원위치의 정보는 바람직한 두께로 매체를 제작하도록 허용한다. 이들 물질의 특성은 또한 다양한 광학물 (그에 전해지는 빛을 제어 또는 수정하기 위해 굴절률에서의 변조 또는 굴절률 패턴의 형성에 의존하는 개체인 광학물)을 형성하는데도 유용하다. 기록 매체에 부가하여, 이와 같은 개체는 광학적 도파관, 빔 스티어러 (beam steerer), 및 광필터를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 독립적인 반작용은 (a) 다른 종류의 반작용 중간물, 예를 들어 이온기 대 유리기 (free radical)에 의해 진행되는 반작용, (b) 매트릭스가 중합되는 조건이나 중간물이 광활성 모노머 기능 그룹, 즉 패턴 (예를 들면, 홀로그램) 기록 처리 동안 중합을 위한 반작용 위치인 광활성 모너머상의 그룹 또는 그룹들의 실질적인 중합을 유도하지 않는 것 (실질적은 중합은 20% 이상의 모노머 기능 그룹의 중합을 나타낸다), 또한 (c) 매트릭스가 중합되는 조건이나 중간물이 모노머 기능 그룹과 매트릭스 사이에 교차-반작용을 일으키거나 모노머 기능 그룹의 나중 중합을 억제하는 모노머 기능 그룹의 비중합 반작용을 유도하는 것을 나타낸다. 폴리머는 폴리머의 혼합체가 7 x 10-3cm-1이하의 레일리비 (Rayleigh ratio) (R90°)로 홀로그램 형성에 사용되는 파장의 90°빛 산란을 특징으로 하면 호환가능한 것으로 간주된다. 레일리 비(Rθ)는 종래에 공지된 특성으로, M, Kerker의The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation, Academic Press, San Diego, 1969, pp 38에서 논의된 바와 같이, 매체가 분극화되지 않은 빛의 단위 강도로 조사될 때, 스테레디안 (steradian) 당 방향 θ으로 단위 볼륨에 의해 산단되는 에너지로 정의된다. 레일리비는 전형적으로 공지된 레일리비를 갖는 기준 물질의 에너지 산란으로의 비교에 의해 얻어진다. 예를 들어, 단일 유리 전이 온도를 나타내는 것과 같은 종래의 테스트에 따라 혼화가능한 것으로 간주되는 폴리머는 전형적으로 또한 호환가능하게 된다. 그러나, 호환가능한 폴리머가 반드시 혼화가능한 것은 아니다. 원위치는 광영상화가능 시스템이 존재할 때 매트릭스가 치유되고 있는 것을 나타낸다. 유용한 광기록 물질, 즉 매트릭스 물질 + 광활성 모노머, 광초기화물, 및/또는 다른 첨가물은 200 μm 보다 큰, 유리하게 500 μm 보다 큰 두께로 형성되고, 침수 노출 (flood exposure)시, 레일리비(R90)가 7 x 10-3보다 작은 빛 산란 특성을 나타낼 수 있도록 구해진다. (침수 노출은 그 물질을 통해 광활성 모노머의 완전한 중합을 실질적으로 유도하기 적절한 파장에서 비간섭성 빛에 의한 전체 광기록 물질의 노출이다.)
본 발명의 광학물은 매트릭스 프리커서와 광활성 모노머를 혼합하는 단계와, 원위치에 매트릭스를 형성하도록 혼합체를 치유하는 단계로 형성된다. 앞서 논의된 바와 같이, 매트릭스 프리커서가 치유하는 동안 중합되는 반작용은 패턴, 예를 들면 데이터나 도파관 형태를 기록하는 동안 광활성 모노머가 나중에 중합되는 반작용과 독립된 것이고, 부가하여, 광활성 모노머의 중합 결과로 주어지는 폴리머 (이후 광폴리머 (photopolymer)라 칭하여지는)와 매트릭스 폴리머는 서로 호환가능하다. (매트릭스는 광기록 물질이 적어도 약 105Pa의 탄성 계수를 나타낼 때 형성된 것으로 간주된다. 치유는 매트릭스가 광기록 물질에서 이러한 탄성 계수를 제공하도록 매트릭스 프리커서를 반응시키는 것을 나타낸다.) 본 발명의 광학물은 3차원의 교차연결된 폴리머 매트릭스와 하나 이상의 광활성 모노머를 포함한다. 적어도 하나의 광활성 모노머는 모노머 기능 기룹을 제외하고 실질적으로 폴리머 매트릭스에 없는 하나 이상의 일부분을 포함한다. (실질적으로 없다는 것은 광기록 물질에서 이러한 모든 부분 중 겨우 20%가 매트릭스에서 주어지도록, 즉 공유 결합되도록 하는 일부를 광활성 모노머에서 찾는 것이 가능함을 나타낸다.) 호스트 매트릭스와 모노머 사이의 결과적인 독립성은 높은 농도의 광활성 모노머를 필요로 하지 않고 굴절률에서의 큰 변조의 형성을 가능하게 하는 것과 같은 도파관에서의 바람직한 특성 및 홀로그래픽 매체에서의 유용한 기록 특성을 제시한다. 더욱이, 이전에 요구되었던 불편한 용매를 전개하지 않고 본 발명의 물질을 형성하는 것이 가능하다.
본 발명의 홀로그래픽 기록 매체에 대조적으로, 비독립적인 반작용에 의해 중합된 광활성 모노머와 매트릭스 프리커서를 사용하는 매체는 때로 매트릭스 치유 동안 프리커서와 광활성 모노머 사이에 실질적인 교차-반작용을 겪게 되거나 (예를 들면, 20% 이상의 모노머가 치유 이후에 매트릭스로 부착된다), 광활성 모노머의 중합을 나타내는 다른 반작용을 겪게 된다. 교차-반작용은 바람직하지 않게 매트릭스와 광활성 모노머 사이의 굴절률 대비를 줄이는 경향이 있어 이어지는 광활성 모노머의 중합에 영향을 줄 수 있고, 모노머 중합의 억제는 홀로그램을 기록하는 처리에 명백히 영향을 준다. 호환가능성에 대해서도, 이전 것은 매트릭스 폴리머에서 광활성 모노머의 호환가능성만을 고려하지, 매트릭스에서 결과적인 광폴리머의 호환가능성을 고려하지는 않는다. 그래도, 광폴리머와 매트릭스 폴리머가 호환가능하지 않은 경우에는 전형적으로 홀로그램 형성 동안에 위상 분리가 일어난다. 이러한 위상 분리는 빛 산란을 증가시켜 흐릿하거나 불투명하게 반영될 수 있고, 그에 의해 매체의 질과 저장된 데이터가 회복될 수 있는 충실성을 저하시킨다.
본 발명의 광학물, 예를 들면 홀로그래픽 기록 매체는 매트릭스 프리커서와 광활성 모노머를 혼합하는 단계와 원위치에 매트릭스를 형성하도록 혼합물을 치유하는 단계로 형성된다. 매트릭스 프리커서와 광활성 모노머는 (a) 매트릭스 프리커서가 치유 동안에 중합되는 반작용이 패턴, 예를 들면 데이터를 기록하는 동안 광활성 모노머가 중합될 반작용과 독립적이고, (b) 광활성 모노머의 중합 결과로 주어지는 폴리머 (광폴리머)와 매트릭스 폴리머가 서로 호환가능하도록 선택된다. 앞서 논의된 바와 같이, 매트릭스는 광기록 물질, 즉 매트릭스 물질 + 광활성 모노머, 광초기화물, 및/또는 다른 첨가물이 적어도 약 105Pa, 일반적으로 약 105Pa 내지 약 109Pa, 유리하게 약 106Pa 내지 약 108Pa의 탄성 계수를 나타낼 때 형성된 것으로 간주된다.
매트릭스 폴리머와 광폴리머의 호환가능성은 전형적으로 바람직하지 않게 흐릿하거나 불투명하게 하는 큰 스케일의 (> 100 nm) 구성물 위상 분리를 방지하는 경향이 있다. 독립적인 반작용에 의해 중합되는 광활성 모노머와 매트릭스 프리커서를 사용하면, 실질적으로 교차-반작용에 자유롭게 치유된 매트릭스를 제공하게 된다. 즉, 광활성 모노머는 실질적으로 매트릭스 치유 동안 불활성 상태로 유지된다. 부가하여, 독립적인 반작용으로 인해서는 광활성 모노머의 이어지는 중합이 억제되지 않는다. 적어도 하나의 광활성 모노머는 모노머 기능 기룹을 제외하고 실질적으로 폴리머 매트릭스에 없는 하나 이상의 일부분을 포함한다. 즉, 광기록 물질에서 이러한 모든 부분 중 겨우 20%가 매트릭스에서 주어지도록, 즉 공유 결합되도록 하는 일부를 광활성 모노머에서 찾는 것이 가능하다. 결과의 광학물은 광활성 모노머로부터의 매트릭스 독립성으로 인해 바람직한 굴절률 대조를 나타낼 수 있다.
상술된 바와 같이, 홀로그램, 도파관, 또는 다른 광학물의 형성은 매체의 노출된 영역과 노출되지 않은 영역 사이의 굴절률 대조(△n)에 의존하고, 이 대조는 적어도 부분적으로 노출된 영역으로의 모노머 확산으로 인한 것이다. 높은 지수 대조는 홀로그램을 판독할 때 개선된 신호 강도를 제공하고, 도파관에서 광학파의 효율적인 제한을 제공하기 때문에 바람직하다. 본 발명에서 높은 지시 대조를 제공하기 위한 한가지 방법은 실질적으로 매트릭스에서 없고, 매트릭스의 벌크 (bulk)로 나타내지는 지수와 실질적으로 다른 굴절률을 나타내는 부분 (지수-대조 부분이라 칭하여지는)을 갖는 광활성 모노머를 사용하는 것이다. 예를 들면, 높은 대조는 낮은 농도의 중원자와 공액 이중 결합 (낮은 지수를 제공하는)을 갖는 지방성 또는 포화 지환 화합물 부분 및 방향물 또는 그와 유사한 높은 지수 부분으로 주로 구성되는 광활성 모노머를 주로 포함하는 매트릭스를 사용함으로서 구해진다.
매트릭스는 치유 단계 (치유는 폴리머 매트릭스를 형성하도록 프리커서의 반작용을 유도하는 단계를 나타낸다)에 의해 매트릭스 프리커서로부터 원위치에 형성되는 고체 폴리머이다. 프리커서는 하나 이상의 모노머, 하나 이상의 올리고머, 또는 모노머와 올리고머의 혼합이 될 수 있다. 부가하여, 하나 이상의 종류의 프리커서 기능 그룹이 단일 프리커서 분자상에 또는 프리커서 분자의 그룹으로 있을 수 있다. (프리커서 기능 그룹은 혼합 치유 동안 중합의 반작용 위치인 프리커서 분자상에 있는 그룹 또는 그룹들이다.) 광활성 모노머로 혼합을 촉진시키기 위해, 프리커서는 유리하게 약 -50℃와 약 80℃ 사이의 온도의 액체이다. 유리하게, 매트릭스 중합은 실온에서 실행될 수 있다. 또한, 유리하게, 중합은 300분 미만, 유리하게 5 내지 200분 미만의 시간 주기내에 실행될 수 있다. 광기록 물질의 유리 전이 온도(Tg)는 유리하게 홀로그래픽 기록 처리 동안 광활성 모노머의 화학적 반작용과 충분한 확산을 허용하기에 충분하게 낮다. 일반적으로, Tg는 홀로그래픽 기록이 실행되는 온도 이상으로 많아야 50℃이고, 이는 전형적인 홀로그래픽 기록에서 약 80℃와 약 -130℃ 사이 (종래 방법에 의해 측정된 바와 같이)의 Tg를 의미한다. 또한, 매트릭스는 앞서 논의된 바람직한 계수를 제공하도록 선형 구조에 대조되게 3차원 네트워크 구조를 나타내는 것이 유리하다.
본 발명에서 매트릭스 폴리머를 형성하기 위해 고려되는 중합 반작용의 예는 카티온 에폭시 중합 (cationic epoxy polymerization), 카티온 비닐 에테르 중합 (cationic vinyl ether polymerization), 카티온 알케닐 에테르 중합 (cationic alkenyl ether polymerization), 카티온 알렌 에테르 중합 (cationic allene ether polymerization), 카티온 케텐 아세탈 중합 (cationic ketene acetal polymerization), 에폭시-아민 단계 중합 (epoxy-amine step polymerization), 에폭시-메르캅탄 단계 중합 (epoxy-mercaptan step polymerization), 비포화 에스테르-아민 단계 중합 (unsaturated ester-mercaptan step polymerization) (마이클 부가 (Michael addition)를 통해), 비닐-실리콘 하이드리드 단계 중합 (vinyl-silicon hydride step polymerization) (하이드로실릴레이션(hydrosilylation)), 이소사이어네이트-하이드록실 단계 중합 (isocyanate-hydroxyl step polymerization) (우레탄 (urethane) 형성), 및 이소사이어네이트-아민 단계 중합 (isocyanate-amine step polymerization) (요소 형성)을 포함한다.
몇몇의 이러한 반작용은 적절한 촉매에 의해 가능해지거나 가속화된다. 예를 들면, 카티온 에폭시 중합은 BF3-기초의 촉매를 사용해 실온에서 신속하게 일어나고, 다른 카티온 중합은 양자가 존재하면 진행되고, 에폭시-메르캅탄 반작용 및 마이클 부가는 아민과 같은 베이스에 의해 가속화되고, 하이드로실릴레이션은 백금과 같은 전이 금속 촉매가 존재하면 신속하게 진행되고, 또한 우레탄 및 요소 형성은 주석 촉매가 사용될 때 신속하게 진행된다. 또한, 광발생 동안에 광활성 모노머의 중합을 방지하는 단계가 취해지면, 매트릭스 형성에 광발생된 촉매를 사용하는 것이 가능하다.
광활성 모노머는 광초기화 중합이 행해질 수 있는 모노머 또는 모노머들로서, 이는 매트릭스 물질과 조합되어 본 발명의 중합 반작용과 호환가능성 요구사항을 만족시킨다. 적절한 광활성 모노머는 유리기 (free-radical)에 의해 중합되는 것, 예를 들면 아크릴물 (acrylates), 메타크릴물 (methacrylates), 아크릴아미드 (acrylamides), 메타크릴아미드 (methacrylamides), 스티렌 (styrene), 치환된 스티렌, 비닐 나프탈린 (vinyl naphthalene), 치환된 비닐 나프탈렌, 및 다른 비닐 유도체와 같은 에틸렌 불포화물을 포함하는 분자를 포함한다. 또한, 맬리트 (maleate)와 혼합된 비닐 에테르 (vinyl ether) 및 올레핀 (olefin)과 혼합된 티올 (thiol)과 같은 유리기 공중합가능한 시스템쌍이 적절하다. 또한, 비닐 에테르, 알케닐 에테르 (alkenyl ether), 알렌 에테르 (allene ether), 케텐 아세탈 (ketene acetal), 및 에폭시 (epoxy)와 같이 카티온으로 중합가능한 시스템을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 단일 광활성 모노머 분자가 하나 이상의 모노머 기능 그룹을 포함하는 것이 가능하다. 앞서 기술된 바와 같이, 본 발명의 개체에서는 기록 매체에서의 판독이 개선되건 또는 도파관에서의 빛 제한이 효율적이든간에 비교적 높은 지수 대조가 바람직하다. 부가하여, 모노머의 중합은 일반적으로 물질의 축소를 유도하기 때문에, 이와 같이 비교적 큰 지수 변화는 작은 수의 모노머 기능 그룹으로 유도하는 것이 바람직하다. (예를 들어, 실시예 2 및 3에서, 홀로그램 기록으로 인해 기록-유도되는 축소는 대략 0.7%이었다. 실시예 4는 광활성 모노머의 감소된 농도와, 기록 유도되는 축소에서의 연관된 축소 (0.30 내지 0.35%)를 반영한다.) 이러한 축소는 저장된 홀로그램으로부터의 데이터 회복에 대해 불리한 효과를 갖고, 또한 예를 들어 증가된 전송 손실이나 다른 실행도 편차에 의해 도파관 디바이스의 실행도를 저하시킨다. 그러므로, 필요한 지수 대조를 구하기 위해 중합되어야 하는 모노머 기능 그룹의 수를 낮추는 것이 바람직하다. 이와 같이 낮추는 것은 모노머의 분자 볼륨비를 모노머에서의 모노머 기능 그룹의 수로 증가시킴으로서 가능하다. 이러한 증가는 더 큰 지수-대조 부분 및/또는 더 많은 수의 지수-대조 부분을 모노머에 포함시킴으로서 구해질 수 있다. 예를 들어, 매트릭스가 주로 지방성 또는 다른 낮은 지수 부분으로 구성되고 모노머가 벤젠 고리 (benzene ring)에 의해 더 높은 지수를 첨부하는 더 높은 지수 종류이면, 분자 볼륨은 모노머 기능 그룹의 수를 증가시키지 않고 벤젠 고리 대신에 나프탈렌 고리 (naphthalene ring)를 포함함으로서 (더 큰 볼륨을 갖는 나프탈렌), 또는 하나 이상의 추가 벤젠 고리를 포함함으로서 모노머 기능 그룹의 수와 관련되어 증가될 수 있다. 이 방식으로, 더 큰 분자 볼륨/모노머 기능 그룹비를 갖는 모노머의 소정의 볼륨 일부분의 중합은 더 작은 모노머 기능 그룹의 중합을 요구하게 되고, 그에 의해 더 작은 축소를 유도하게 된다. 그러나, 필수적인 모노머의 볼륨 일부분은 계속 비노출 영역으로부터 노출 영역으로 확산되어, 원하는 굴절률을 제공한다.
그러나, 모노머의 분자 볼륨은 수용가능한 비율 이하로 확산을 늦추게 크지 말아야 한다. 확산 비율은 확산 종류의 크기, 매체의 점성, 및 분자간 상호작용을 포함하는 계수에 의해 제어된다. 더 큰 종류는 더 느리게 확산되는 경향이 있지만, 일부 상황에서는 수용가능한 레벨로 확산을 상승시키기 위해 주어지는 다른 분자를 조정하거나 점성을 낮추는 것이 가능하다. 또한, 여기서 논의되는 바에 따라, 더 큰 분자가 매트릭스와의 호환가능성을 유지하도록 보장하는 것이 중요하다.
다수의 지수-대조 부분을 포함하는 모노머에 대해 다수의 설계가 가능하다. 예를 들면, 그 부분이 선형 올리고머의 메인 체인에 있거나 올리고머 체인을 따라 치환물이 되는 것이 가능하다. 다른 방법으로, 지수-대조 부분이 분기되거나 수지상 (dendritic)의 낮은 분자 무게 폴리머의 서브유닛이 되는 것이 가능하다.
광활성 모노머에 부가하여, 광학물은 전형적으로 광초기화물 (광초기화물과 광활성 모노머는 전체적인 광영상화가능 시스템의 일부가 된다)을 포함한다. 광초기화물은 비교적 낮은 레벨의 기록광에 노출되면 모노머의 중합을 화학적으로 초기화하여, 모노머의 직접적인 광-유도 중합에 대한 필요성을 없앤다. 광초기화물은 일반적으로 특정한 광활성 모노머의 중합을 초기화하는 종류의 소스를 제시하여야 한다. 전형적으로, 0.1 내지 20 wt.% 광초기화기는 광영상화가능 시스템의 가중치를 근거로 바람직한 결과를 제공한다.
본 발명에서의 사용을 위해서는 종래 기술에 숙련된 자에게 공지되고 상업적으로 이용가능한 다양한 광초기화물이 적절하다. 스펙트럼 중 가시부에서, 특히 종래 레이저 소스로부터 이용가능한 파장에서, 예를 들면 Ar+(458, 488, 514 nm)와 He-Cd 레이저(442 nm)의 청색 및 녹색선, 이중 주파수 YAG 레이저(532 nm)의 녹색선, 및 He-Ne(633 nm)와 Kr+ 레이저(647 및 676 nm)의 적색선에서 빛에 민감한 광초기화물을 사용하는 것이 유리하다. 한가지 유리한 유리기 광초기화물은 Ciba로부터 CGI-784로서 상업적으로 이용가능한 bis(η-5-2,4-cyclopentadien-1-yl)bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]titanium이다. 또 다른 가시적 유리기 광초기화물 (공동-초기화물을 요구하는)은 Spectra Group Limited로부터 H-Nu 470으로서 상업적으로 이용가능한 5,7,diiodo-3-butoxy-6-fluorone이다. 색소-수소 도너 시스템 (dye-hydrogen donor system)의 유리기 광초기화물이 또한 가능하다. 적절한 색소의 예는 에오신 (eosin), 로즈 벵갈 (rose bengal), 에리스로신 (erythrosine), 및 메틸렌 블루 (methylene blue)를 포함하고, 적절한 수소 도너는 n-methyl diethanol amine과 같은 제3기 아민 (tertiary amine)을 포함한다. 카티온 중합가능한 모노머의 경우에서는 술포니움염 (sulfonium salt)과 이오도니움염 (iodonium salt)과 같은 카티온 광초기화물이 사용된다. 이들 카티온 광초기화물 염은 스펙트럼의 UV 부분에서 우세하게 흡수되므로, 전형적으로 스펙트럼의 가시부의 사용을 허용하도록 색소에 민감해진다. 다른 가시적 카티온 광초기화물의 예는 Ciba로부터 Irgacure 261로서 상업적으로 이용가능한 (η5-2,4-cyclopentadien-1-yl)(η6-isopropylbenzene)-iron(II)hexafluorophosphate이다. 또한, 광영상화가능 시스템에서 다른 첨가물, 예를 들면 비교적 높거나 낮은 굴절률을 갖는 불활성 확산 작용제를 사용하는 것을 생각할 수 있다.
다른 방법으로, 홀로그래픽 기록을 위해, 매트릭스는 메르캅탄-에폭시 단계 중합에 의해 형성되는 폴리머, 보다 유리하게 폴리에테르 백본 (polyether backbone)을 갖는 메르캅탄-에폭시 단계 중합에 의해 형성되는 폴리머이다. 폴리에테르 백본은 수개의 유용한 광활성 모노머, 특히 비닐 아로매틱 (vinyl aromatic) 성분과 바람직한 호환가능성을 제시한다. 특별히, 스티렌 (styrene), 브로모스티렌 (bromostyrene), 디비닐 벤젠 (divinyl benzene), 및 4-methylthio-1-vinylnaphthalene(MTVN)으로부터 선택된 광활성 모노머는 폴리에테르 백본을 갖고 메르캅탄-에폭시 단계 중합에 의해 형성되는 매트릭스 폴리머로 유용해지는 것으로 밝혀졌다. 하나 이상의 지수-대조 부분과 또한 이들 폴리에테르 매트릭스 폴리머로 유용해지는 모노머는 1-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene이다.
독립적으로, 매트릭스 프리커서와 광활성 모노머에 대한 중합 반작용은 (a) 반작용이 다른 종류의 반작용 중간물에 의해 진행되고, (b) 매트릭스가 중합되는 조건이나 중간물이 광활성 모노머 기능 그룹의 실질적인 중합을 유도하지 않고, 또한 (c) 매트릭스가 중합되는 조건이나 중간물이 교차-반작용을 일으키거나 (모노머 기능 그룹과 매트릭스 폴리머 사이에서) 모노머 기능 그룹의 나중 중합을 억제하는 모노머 기능 그룹의 비중합 반작용을 유도하도록 선택된다. 항목 (a)에 따라, 매트릭스가 이온적 중간물을 사용해 중합되면, 유리기 반작용을 사용해 광활성 모노머를 중합시키는 것이 적절하다. 그러나, 항목 (b)에 따라, 이온적 중간물은 광활성 모노머 기능 그룹의 실질적인 중합을 유도하지 말아야 한다. 또한, 항목 (b)에 따라, 예를 들면, 광초기화된 유리기 매트릭스 중합은 전형적으로 광활성 모노머 기능 그룹의 광초기화된 카티온 중합을 유도하게 됨을 인식하여야 한다. 그래서, 두가지 다른 경우의 독립적인 반작용은 둘 모두가 단일 반작용 조건에 의해 구동되는 경우 본 발명의 목적을 위해 독립적이지 않다. 항목 (c)에 따라, 예를 들면, 베이스-촉매 작용되는 매트릭스 중합은 모노머 기능 그룹의 중합이 독립적인 반작용에 의해 실행되더라도 광활성 모노머 기능 그룹이 베이스에 응답해 비중합 반작용을 행할 때 실행되지 말아야 한다. 특정한 예로, 아크릴물이 유리기 반작용에 의해 중합되더라도 아크릴물이 베이스 촉매하에서 메르캅탄과 작용하여 교차-반작용이 되기 때문에, 베이스-촉매 작용 에폭시-메르캅탄 중합은 아크릴물 모노머와 사용되지 말아야 한다.
아래의 도표 1은 매트릭스 중합 반작용과 광활성 모노머 중합이 독립적일 수 있는 매트릭스/광활성 모노머 조합의 예와, 중합이 서로 간섭되는 예를 설명한다. (광활성 모노머는 가록에 있고, 매트릭스 폴리머는 세로 방향에 있다. "X"는 매트릭스 중합 동안의 교차-반작용이나 모노머 중합을 나타낸다. "O"는 독립적인 반작용을 나타낸다. "I"는 광활성 모노머 중합이 폴리머 매트릭스를 형성하는 반응제나 반작용에 의해 억제되는 것을 나타낸다. 예를 들면, 광활성 모노머 기능 그룹이 비중합 그룹으로 변환되거나, 모노머 기능 그룹 중합의 비율 및 산출물을 실질적으로 낮추는 매트릭스 치유 이후에 화학적 종류를 제시하는 것을 나타낸다.)
| 광활성 →매트릭스 ↓ | (메타)아크릴 | 스티렌유도체 | 비닐에테르 | 에폭시 |
| 카티온 에폭시 | O | O | X | X |
| 카티온 비닐 에테르 | O | O | X | X |
| 에폭시(아민) | X | O | I | X |
| 에폭시(메르캅탄) | X | O | I | X |
| 비포화 에스테르(아민) | X | O | I | X |
| 비포화 에스테르(메르캅탄) | X | O | I | X |
| 하이드로실릴레이션 | X | X | X | O |
| 우레탄 형성 | O | O | O | X |
본 발명의 목적을 위해, 폴리머의 혼합물이 90°빛 산란에서 7 x 10-3cm-1보다 작은 레일리비 (Rayleigh ratio)(R90°)로 특징지워지면, 폴리머는 호환가능한 것으로 간주된다. 레일리 비(Rθ)는 종래에 공지된 특성으로, M. Kerker의The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation, Academic Press, San Diego, 1969에서 논의된 바와 같이, 매체가 분극화되지 않은 빛의 단위 강도로 조사될 때, 스테레디안 (steradian) 당 방향 θ으로 단위 볼륨에 의해 산단되는 에너지로 정의된다. 측정에 사용되는 광원은 일반적으로 스펙트럼 중 가시부에 파장을 갖는 레이저이다. 일반적으로, 홀로그램을 기록하는데 사용되도록 의도되는 파장이 사용된다. 산란 측정은 침수 노출된 광기록 물질에서 이루어진다. 산란된 빛은 전형적으로 광검출기에 의해 입사광으로부터 90°각도에서 수집된다. 이러한 단계가 요구되지 않더라도, 형광을 저지하도록 광검출기 앞에 레이저 파장에 중심을 둔 좁은 대역의 필터를 배치하는 것이 가능하다. 레일리비는 전형적으로 공지된 레일리비를 갖는 기준 물질의 에너지 산란과의 비교에 의해 얻어진다.
예를 들어, 단일 유리 전이 온도를 나타내는 것과 같은 종래 테스트에 따라 혼합될 수 있는 것으로 간주되는 폴리머 혼합체는 전형적으로 또한 혼합가능하다. 즉, 혼합가능성은 호환가능성의 부분집합이다. 그러므로, 호환가능한 혼합물을 선택할 때는 표준적인 혼합가능성 안내 도표가 유용하다. 그러나, 혼합가능하지 않은 폴리머 혼합체가 상기의 빛 산란 테스트에 따라 호환가능할 수 있다.
폴리머 혼합체는 일반적으로 혼합체가 종래 방법에 의해 측정된 바와 같이 단일 유리 전이 온도(Tg)를 나타내면 혼합가능한 것으로 간주된다. 혼합가능하지 않은 혼합체는 전형적으로 각 폴리머의 (Tg)값에 대응하는 2개의 유리 전이 온도를 나타낸다. (Tg) 테스트는 가장 보편적으로 (Tg)를 열 흐름 (전형적으로 세로 좌표)에서의 단계 변화로 도시하는 차동 주사 열량측정 (differential scanning calorimetry, DSC)에 의해 실행된다. 보고된 (Tg)는 전형적으로 세로 좌표가 전이 전후에서 외삽된 베이스선 사이의 중간점에 이르는 온도이다. 또한, (Tg)를 측정하기 위해 동적 기계 분석 (Dynamic Mechanical Analysis, DMA)을 사용하는 것이 가능하다. DMA는 유리 전이 영역에서 어느 정도의 크기를 강하시키는 물질의 저장 분자를 측정한다. 특정한 경우에서는 혼합체의 폴리머가 서로 근접한 각각의 (Tg)값을 가질 수 있다. 이러한 경우, Brinke의 "엔탈피 완화에 의한 다중 성분 시스템의 열적 특성 (The thermal characterization of multi-component systems by enthalpy relaxation)",Thermochimica Acta., 238(1994), pp 75에서 논의된 바와 같이, 겹쳐지는 (Tg)를 해결하기 위한 종래 방법이 사용되어야 한다.
혼합가능성을 나타내는 매트릭스 폴리머와 광폴리머는 몇가지 방법으로 선택될 수 있다. 예를 들면, 여기서 참고로 포함되는 O. Olabisi의Polymer-Polymer Miscibility, Academic Press, New York, 1979; L.M. Robeson,MMI. Press Symp. Ser., 2, 177, 1982; L.A. Utracki,Polymer Alloys and Blends: Thermodynamics and Rheology, Hanser Publishers, Munich, 1989; 및 S. Krause inPolymer Handbook, J. Brandrup and E.H. Immergut, Eds., 3rd Ed., Wiley Interscience, New York, 1989, pp. VI347-370과 같이, 혼합가능한 폴리머에 대한 편집물이 이용될 수 있다. 이러한 참고 문헌에서 관심있는 특정한 폴리머가 찾아지지 않더라도, 지정된 접근법은 제어 샘플을 사용함으로서 호환가능한 광기록 물질의 결정을 허용한다.
혼합가능하거나 호환가능한 혼합물을 결정하는 것은 또한 전형적으로 혼합가능성을 유도하는 분자간 상호작용을 고려함으로서 도움을 받는다. 예를 들면, 메틸 에테르 그룹과 페닐 고리 사이의 상호작용 때문에 폴리스티렌과 폴리(메틸비닐에테르)가 혼합가능하다는 것은 이미 공지되어 있다. 그러므로, 한 폴리머로 메틸 에테르 그룹을 사용하고 다른 폴리머로 페닐 그룹을 사용함으로서 두 폴리머의 혼합가능성, 적어도 호환가능성을 촉진시키는 것이 가능하다. 또한, 혼합가능하지 않은 폴리머는 이온적 상호작용을 제공할 수 있는 적당한 기능 그룹을 포함함으로서 혼합가능하게 만들어질 수 있는 것으로 설명되었다. (Z.L. Zhou와 A.Eisenberg,J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed., 21(4), 595, 1983; R. Murali와 A. Eisenberg,J. Polym, Sci., Part B: Polym. Phys., 26(7), 1385, 1988; 및 A. Natansohn,Makromol. Chem., Macromol. Symp., 16, 175, 1988을 참고) 예를 들면, 폴리이소프렌 (polyisoprene)과 폴리스티렌 (polystyrene)이 혼합가능하지 않다. 그러나, 폴리이소프렌이 부분적으로 술폰화되고(5%), 4-비닐 피리딘 (4-vinyl pyridine)이 폴리스티렌과 공중합될 때, 이들 두 기능 폴리머의 혼합체는 혼합가능하다. 술폰화된 그룹과 피리딘 그룹 사이의 이온적 상호작용 (양자 전달)은 이 혼합체가 혼합가능해지게 하는 구동력인 것으로 생각된다. 유사하게, 일반적으로 혼합가능하지 않은 폴리스티렌과 폴리(에틸 아크릴) (poly(ethyl acrylate))은 폴리스티렌을 약간 술폰화함으로서 혼합가능해진다. (R.E. Taylor-Smith와 R.A. Register,Macromolecules, 26, 2802, 1993을 참고한다.) 또한, 다른 경우에서 혼합가능하지 않은 폴리머를 혼합가능하게 만들기 위해, 전하-전달이 사용된다. 예를 들어, 폴리(메틸 아크릴) (poly(methyl acrylate))과 폴리(메틸 메타크릴) (poly(methyl methacrylate))은 비록 혼합가능하지 않지만, 정확한 양의 제공자 (donor) 및 수용자 (acceptor)가 사용되면, 전자가 (N-ethylcarbazol-3-yl)methyl acrylate (전자 제공자)와 공중합되고, 후자가 2-[(3,5-dinitrobenzoyl)oxy]ethyl methacrylate (전자 수용자)와 공중합된 혼합체는 혼합가능하다. (M.C. Piton과 A. Natansohn,Macromolecules, 28, 15, 1995를 참고한다.) 폴리(메틸 메타크릴)과 폴리스티렌은 또한 대응하는 제공자-수용자 공동-모노머를 사용해 분리가능해질 수 있다. (M.C. Piton과 A. Natansohn,Macromolecules, 28, 1605, 1995를 참고한다.)
A. Hale and H. Bair, Ch. 4- "Polymer Blends and Block Copolymers",Thermal Characterization of Polymeric Materials, 2nd Ed., Academic Press, 1997에서 최근 발표된 내용에서 반영되는 바와 같이, 폴리머의 혼합가능성 또는 호환가능성을 평가하기 위해, 다양한 테스트 방법이 존재한다. 예를 들면, 광학적인 방법의 범주에서, 불투명함 (opacity)은 전형적으로 두 위상 물질을 나타내는 반면, 투명함 (clarity)은 일반적으로 비교할만한 시스템을 나타낸다. 혼합가능성을 평가하기 위한 다른 방법은 중성자 산란, 적외선 스펙트로스코피 (infrared spectroscopy, IR), 핵 자기 공명 (nuclear magnetic resonance, NMR), x-선 산란과 회절, 형광성, 브리유앵 산란 (Brillouin scattering), 용융 적정, 열량 측정, 및 화학 발광을 포함한다. 예를 들어, L. Robeson,supra; S. Krause,Chemtracts - Macromol. Chem., 2, 367, 1991a; D. Vesely inPolymer Blends and Alloys, M.J. Folkes와 P.S. Hope, Eds., Blackie Academic and Professional, Glasgow, pp. 103-125; M.M. Coleman 등,Specific Interactions and the Miscibility of Polymer Blends, Technomic Publishing, Lancaster, PA, 1991; A. Garton,Infrared Spectroscopy of Polymer Blends, Composities and Surfaces, Hanser, New York, 1992; L.W. Kelts 등,Macromolecules, 26, 2941, 1993; J.L. White와 P.A. Mirau,Macromolecules, 26, 3049, 1993; J.L. White와 P.A. Mirau,Macromolecules, 27, 1648, 1994; C.A. Cruz 등,Macromolecules, 12, 726, 1972; 및 C.J. Laudry 등,Macromolecules, 26, 35, 1993을 참고한다.
또한, 다른 경우의 혼합가능하지 않은 폴리머에서는 반작용적인 그룹을 폴리머 매트릭스에 포함시킴으로서 호환가능성이 증진되고, 여기서는 이러한 그룹이 홀로그래픽 기록 단계 동안에 광활성 모노머와 반작용될 수 있다. 그에 의해, 일부 광활성 모노머는 기록하는 동안 매트릭스에 접목된다. 충분하게 접목되면, 기록하는 동안 위상 분리를 방지하거나 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 접목된 부분과 모노머의 굴절률이 비교적 유사하면, 너무 많은 접목부, 예를 들면 매트릭스에 접목된 모노머 중 30% 이상이 바람직하지 못하게 굴절률 대조를 줄이는 경향이 있다.
본 발명의 홀로그래픽 기록 매체는 광기록 물질을 충분하게 지지하여 형성되므로, 홀로그래픽 기록 및 판독이 가능하다. 전형적으로, 매체의 제작은 예를 들면, 혼합체를 포함하는 개스켓 (gasket)을 사용해 두 플래이트 사이에 매트릭스 프리커서/광영상화가능 시스템 혼합체를 피착시키는 것을 포함한다. 플래이트는 전형적으로 유리이지만, 데이터를 기록하는데 사용되는 방사에 투명한 다른 물질, 예를 들면 폴리카보네이트 (polycarbonate)나 폴리(메틸 메타크릴) (poly(methyl methacrylate))과 같은 플라스틱을 사용하는 것이 가능하다. 기록 매체에 대해 바람직한 두께를 유지하기 위해서는 플래이트 사이에 스페이서 (spacer)를 사용하는 것이 가능하다. 매트릭스 치유 동안에는 물질에서의 축소가 플레이트에서 스트레스 (stress)를 생성하는 것이 가능하고, 이러한 스트레스는 플레이트의 공간 지정 및/또는 평행성을 변형시켜 매체의 광학적 특성에 불리하게 영향을 주게된다. 이러한 효과를 줄이기 위해서는 평행성 및 공간 지정에서의 변화에 응답해 조정될 수 있는 마운트 (mount), 예를 들면 진공 척 (vacuum chuck)을 포함하는 장치에서 플레이트의 위치를 지정하는 것이 유용하다. 이러한 장치에서는 종래의 간섭계 방법을 사용해 실시간에서 평행성을 모니터하고, 치유하는 동안 필요한 조정을 실행하는 것이 가능하다. 이러한 방법은 예를 들어 여기서 참고로 포함되는 미국 특허 출원 일련 no. 08/867,563 (our reference Campbell-Harris-Levinos 3-5-3)에서 논의된다. 본 발명의 광기록 물질은 또한 다른 방법으로 지지될 수 있다. 예를 들면, 매트릭스 치유 이전에 매트릭스 프리커서/광영상화가능 시스템 혼합물을 기판의 세공 (pore), 예를 들면 바이코어 (Vycor)와 같은 다공성 유리 물질에 배치하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 몰드 형성이나 면적 압출성형와 같이, 더 많은 종래 폴리머 처리가 또한 생각될 수 있다. 성층 매체, 즉 다수의 기판을 포함하는 매체, 예를 들면 기판 사이에 배치된 광기록 물질의 층을 갖춘 유리가 또한 고려될 수 있다.
본 발명의 매체는 앞서 논의된 바와 같은 홀로그래픽 시스템에서 사용될 수 있다. 홀로그래픽 매체에 저장될 수 있는 정보량은 광기록 물질의 굴절률 대조 (△n)와 광기록 물질의 두께 (d)의 곱에 비례한다. (굴절률 대조 (△n)는 종래 공지된 것으로, 평면파 볼륨 홀로그램이 기록된 물질의 굴절률에서 싸인파 변형의 진폭으로 정의된다. 굴절률은 다음과 같이 변한다: n(x) = n0+ △n cos(Kx). 여기서, n(x)는 공간적으로 변하는 굴절률이고, x는 위치 벡터이고, K는 회절격자 파형벡터이고, 또한 n0는 매체의 베이스선 굴절률이다. 예를 들어, P. Hariharan,Optical Holography: Principles, Techniques, and Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 1991, pp 44를 참고한다.) 물질의 △n는 전형적으로 매체에 기록된 다중화된 세트의 볼륨 홀로그램이나 단일 볼륨 홀로그램의 회절 효율성으로부터 계산된다. △n는 기록하기 이전에 매체와 연관되지만, 기록 이후에 실행되는 측정에 의해 관찰된다. 유리하게, 본 발명의 광기록 물질은 3 x 10-3이상의 △n을 나타낸다.
다른 광학물의 예는 빔 필터 (beam filter), 빔 스티어러 (beam steerer)나 편향기, 및 광결합기를 포함한다. (예를 들어, 여기서 참고로 포함되는 L. Solymar와 D. Cooke,Volume Holography and Volume Gratings, Academic Press, 315-327 (1981)을 참고한다.) 빔 필터는 나머지 빔으로부터 특정한 각도를 따라 이동되고 있는 입사광의 일부분을 분리시킨다. 특별히, 두터운 전송 홀로그램의 브래그 (Bragg) 선택도는 특정한 입사각을 따라 빛을 선택적으로 회절시킬 수 있고, 다른 각도에 따른 빛은 홀로그램을 통해 편향되지 않게 이동된다. (예를 들어, 여기서 참고로 포함되는 J.E. Ludman 등, "레이저빔의 매우 두꺼운 홀로그래픽 비공간성 필터링 (Very thick holographic nonspatial filtering of laser beams",Optical Engineering, Vol. 36, No. 6, 1700 (1997)을 참고한다.) 빔 스티어러는 브래그 각도로 입사되는 빛을 편향시키는 홀로그램이다. 광결합기는 전형적으로 빛을 소스에서 목표물로 조정하는 빔 편향기의 조합이다. 전형적으로 홀로그래픽 광소자라 칭하여지는 이들 개체들은 데이터 저장에 대해 앞서 논의된 바와 같이, 기록 매체내에서 특정한 광학적 간섭 패턴을 영상화함으로서 제작된다. 이들 홀로그래픽 광소자를 위한 매체는 기록 매체나 도파관에 대해 여기서 논의된 기술에 의해 형성될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 여기서 논의된 물질 논리는 홀로그램 형성 뿐만 아니라 도파관과 같은 광전송 디바이스의 형성에도 적용될 수 있다. 폴리머의 광학적 도파관은 예를 들면, 여기서 참고로 포함되는 B.L. Booth, "광학적 상호연결 폴리머 (Optical Interconnection Polymers)",Polymers for Lightwave and Integrated Optics, Technology and Applications, L.A. Hornak, ed., Marcel Dekker, Inc. (1992); 미국 특허 No. 5,292,620; 및 미국 특허 No. 5,219,710에서 논의된다. 기본적으로, 본 발명의 기록 물질은 원하는 도파관 패턴으로 조사되어 도파관 패턴과 주위 (클래딩 (cladding)) 물질 사이에 굴절률 대조를 제공한다. 노출은 예를 들어, 초점이 맞추어진 레이저광에 의해, 또는 초점이 맞추어지지 않은 광원에서 마스크 (mask)를 사용해 실행될 수 있다. 일반적으로, 단일층은 도파관 패턴을 제공하도록 이 방식으로 노출되고, 추가층은 클래딩을 완료시키도록 추가되어, 도파관을 완료시킨다. 이 처리는 예를 들어, Booth,supra의 pp 235-36 및 미국 특허 No. 5,292,620의 Cols. 5와 6에서 논의된다. 본 발명의 이점은 종래 몰딩 기술을 사용하여 매트릭스/광영상화가능 시스템 혼합체를 혼합 치유 이전에 다양한 형상으로 몰드하는 것을 가능하게 한다는 점이다. 예를 들면, 매트릭스/광영상화가능 시스템 혼합체는 리지 (ridge) 도파관으로 몰드될 수 있고, 여기서 굴절률 패턴은 몰드된 구조로 기록된다. 그에 의해, 브래그 격자와 같은 구조를 용이하게 형성하는 것이 가능하다. 본 발명의 이 특성은 이러한 폴리머 도파관이 유용한 응용폭을 증가시킨다.
본 발명은 모범이 되는 다음의 예에 의해 더 분류된다.
비교예 1
89.25 wt.% phenoxyethyl acrylate (광활성 모노머), 10.11 wt.% ethoxylated bisphenol-A diacrylate (광활성 모노머), 0.5 wt.% Ciba CGI-784 (이전에 식별된) (광초기화물), 및 0.14 wt.% dibutyltin dilaurate (매트릭스 형성을 위한 촉매)를 포함하는 용액이 준비되었다. 0.0904g의 용액이 0.2784g diisocyanate-terminated polypropylene glycol (MW = 2471) (매트릭스 프리커서)과 0.05g α,ω-dihydroxypolypropylene glycol (MW = 425) (매트릭스 프리커서)를 포함하는 유리병에 부가되었다. 혼합체는 철저하게 섞이고, 빛으로부터 보호되면서 실온에서 밤새 중합된다. 그 중합은 용해된 아크릴 모노머를 갖는 폴리우레탄을 형성하기 위한 하이드록실 그룹 (hydroxyl group)과 이소사이어네이트 그룹 (isocyanate group)의 단계 중합이다. 혼합체는 맨눈에도 맑고 투명하게 나타난다. 아크릴 모노머의 중합을 초기화했던 강한 텅스텐 빛에 노출되면, 그 물질은 폴리우레탄 매트릭스와 아크릴 폴리머가 호환가능하지 않음을 나타내도록 유백색으로 변한다.
상기에서 참고되는 Krause에 의한 폴리머 혼합가능성 테이블의 내용은 폴리우레탄이 혼합가능하므로, Saran, 염소화 폴리머와 호환가능함을 나타낸다. 실시예 1은 이 정보를 사용해 만들어진 시스템을 반영한다.
실시예 1
98.86 wt.% 4-chlorophenyl acrylate와 1.14 wt.% dibutyltin dilaurate를 포함하는 용액이 준비되었다. 이 용액 0.017g은 0.2519g diisocyanate-terminated polypropylene glycol (MW = 2471), 0.047g α,ω-dihydroxypolypropylene glycol (MW = 425), 0.051g 4-chlorophenyl acrylate, 및 0.00063g Ciba CGI-784 (광초기화물)을 포함하는 유리병에 부가되었다. 혼합체는 철저하게 섞이고, 빛으로부터 보호되면서 실온에서 밤새 치유된다. 그 중합은 용해된 클로로페닐 아크릴 (chlorophenyl acrylate) 모노머를 갖는 폴리우레탄을 형성하기 위한 하이드록실 그룹 (hydroxyl group)과 이소사이어네이트 그룹 (isocyanate group)의 단계 중합이다. 혼합체는 맨눈에도 맑고 투명하게 나타난다. 아크릴 모노머의 중합을 초기화했던 강한 텅스텐 빛에 노출되면, 그 샘플은 모노머와 매트릭스 폴리머의 호환가능성을 나타내도록 맑고 투명하게 유지된다.
실시예 2
0.00265g Ciba CGI-784가 0.26248g styrene (광활성 모노머)에 용해되었다. 그 용액은 1.9187g polypropyleneglycol diglycidyl ether (MW = 380) (PPGDGE) (매트릭스 프리커서), 1.2428g pentaerythritoltetrakis(mercaptopropionate) (PETMP) (매트릭스 프리커서), 및 0.1445g tris(2,4,6-dimethylaminomethyl)phenol (TDMAMP) (매트릭스 형성을 위한 촉매)와 혼합되었다. 혼합체는 유리 슬라이드에서 대략 200 μm 두께, 25 mm 지름의 테프론 스페이서 (Teflon spacer)로 조제되고, 제 2 유리 슬라이드가 그 위에 놓였다. 약 1시간 후에 실온에서, 혼합체는 아민 촉매가 가해진 에폭시와 메트캅탄의 공중합으로 인해 젤(gel)화되었다. 차동 주사 열량 측정 (DSC)과 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 측정에서는 2시간 이후에 (즉, 프리커서 기능 그룹의 측정가능한 양이 없는) 매트릭스의 중합이 완료된 것으로 나타났다. 용해된 스티렌 모노머와 광초기화물을 포함하는 에픽시-메르캅탄 매트릭스로 구성된 단단한 탄력계 물질이 얻어졌다. 매체의 두께는 약 270 내지 290 μm이다. 24시간 이후에, 일련의 다중화 홀로그램은 앞서 참고되었던 미국 특허 No. 5,719,691의 절차에 따라 매체에 기록되었다. 1.7 x 10-3의 △n이 달성되었다. 홀로그래픽 기록 이후에 비정상적인 빛 산란이 검출되지 않았으므로, 중합된 스티렌 모노머와 에폭시-메르캅탄 매트릭스 사이의 호환가능성을 나타낸다.
실시예 3
실시예 2에서 제작된 상기 매체의 △n을 증가시키기 위해, 브로모스티렌 (bromostyrene) 모노머가 광활성 모노머로 사용되었다. 0.01262g Ciba CGI-784는 0.2194g 4-bromostyrene (광활성 모노머)에 용해되었다. 그 용액은 0.9597g PPGDGE, 0.6042g PETMP, 및 0.084g TDMAMP와 혼합되었다. 실시예 2에서와 같이, 샘플이 준비되어 홀로그램이 기록되었다. 4.2 x 10-3의 평균 △n이 구해졌다. 다시, 홀로그래픽 기록 이후에 비정상적인 빛 산란이 검출되지 않았고, 부가하여, DSC가 한 유리 전이 온도만을 나타냈으므로, 호환가능한 시스템을 제시한다.
실시예 4
0.054g Ciba CGI-784가 0.46g 4-bromostyrene에 용해되었다. 그 용액은 3.8g PPGDGE, 2.44g PETMP, 및 0.3g TDMAMP와 혼합되었다. 이는 실시예 3에서 사용되었던 브로모스티렌 농도의 반에 해당한다. 실시예 2에서와 같이, 샘플이 준비되어 홀로그램이 기록되었다. 2.5 x 10-3의 △n가 구해졌다. 브로모스티렌의 중합에 의해 유도된 두께 감소 (축소)는 약 0.3%이었다. 광기록 물질의 탄성계수는 약 5.7 x 106Pa이었다.
실시예 5
다음의 과정에 의해 4-methylthio-1-vinylnaphthalene (MTVN) (광활성 모노머)가 합성되었다:
1-methylthionaphthalene 준비: 63g (0.25 mol) 1-iodonaphthalene가 질소하에서 1L의 무수 에테르 (anhydrous ether)에 용해되었다. 그 용액은 -70℃로 냉각되었고, 헥산 (hexane) (0.27 mol)내의 2.5 M butyllithium (BuLi) 109mL가 30분에 걸쳐 저으면서 부가되었다. 25g (0.27 mol) dimethyl disulfide가 부가되었고, 그 용액은 4시간에 걸쳐 실온에서 데워졌다. 200mL의 농축된 Na2CO3수용액이 부가되었고,유기층은 MgSO4로 건조되어 필터처리되고, 이어서 그 제품 42g (97%)을 포함하고 또한 약 10g butyl iodide 부산물을 포함하는 어두운 오렌지색의 오일로 농축되었다. 모든 유리 제품과 다른 장치는 잔여 황화물을 분해시키도록 표백제로 닦여졌다.
4-methylthio-1-naphthaldehyde 준비: 14.5g 1-methylthionaphthalene (0.083 mol)은 12.4g (0.17 mol) anhydrous N,N-dimethylformamide와 혼합되었고, 그 용액은 얼음으로 냉각되었다. 23.9g (0.095 mol) diphosphoryl tetrachloride는 저으면서 한 방울씩 부가되었고, 온도는 15℃ 이하로 유지되었다. 혼합체는 100℃로 천천히 가열되었고, 2시간 동안 그 온도에서 계속 저어졌다. 혼합체는 식혀서 얼음으로 냉각되었다. 반작용 혼합체에는 200mL의 물 (100g 얼음을 부가해 냉각된)과 23g NaOH의 용액이 부어졌고, 조합된 혼합체는 저으면서 40℃로 천천히 가열되었다. 이때, 발열 반응이 시작되었고, 가열이 중단되었고, 또한 50℃ 이하의 온도를 유지하도록 얼음이 더 부가되었다. 온도가 35℃ 이하로 안정화될 때, 200mL 에테르가 저으면서 부가되었다. 유기층이 분리되고, 100mL의 추가 에테르로 수용층이 추출되었다. 조합된 에테르 추출물은 MgSO4로 건조되고, 필터처리되고, 농축되고, 또한 120g 실리카겔 (silica gel) 막대에서 크로마토그래피 처리되어, 0, 25, 50, 및 75 볼륨%의 CH2Cl2를 포함하는 헥산 부분 500mL으로 세척되고 100mL 분류를 수집했다. 그 제품은 이들 분류 중 6-8로부터 수집되어, 9.8g (58%)의 황색 고체를 산출한다.
4-methylthio-1-vinylnaphthalene 준비: 150mL anhydrous tetrahydrofuran과 19.9g (0.058 mol) methyltriphenylphosphonium bromide 가루의 현탁액이 질소하에서 저으면서 0℃로 냉각되었다. 헥산 (0.48 mol)내의 2.5M BuLi 19mL는 30분에 걸쳐 부가되어, 가능한한 밝은 색깔로 유지되고 어두운 오렌지색의 착색을 방지하였다. 혼합체는 25℃로 데워지고, 그 온도에서 1시간 동안 저어져 0℃로 냉각되었다. 20mL tetrahydrofuran에 용해된 9.8g 4-methylthio-1-naphthaldehyde는 30분에 걸쳐 부가되고, 저어서 0℃로 유지되었다. 혼합체는 밤새 저어, 온도가 주위 온도로 상승되게 하였다. 10mL 메탄올 (methanol)이 부가되고, 용매는 감소된 압력으로 증발되었다. 잔여물은 90-110℃의 끓는점에서 100mL 리그로인 (ligroin) (주로 헵탄 (heptane)) 중 5개 부분으로 추출되었고, 추가 메탄올을 부가함으로서 부드럽게 유지되었다. 그 추출물은 필터처리되고, 농축되고, 또한 헥산으로 40g 실리카겔을 통해 세척되었다. 그 제품은 500mL 분류로부터 얻어져, 회색 고체의 형태로 -20℃에 저장되는 6.8g 연노랑 액체 (70%)를 산출하였다.
매체 준비: 0.0562g Ciba CGI-784는 약하게 가열하면서 0.1g 4-bromostyreme과 0.4g MTVN에 용해되었다. 그 용액은 2.4g PPGDGE, 1.508g PETMP, 및 0.2g TDMAMP와 혼합되었다. 실시예 2 및 3에서와 같이, 샘플이 준비되어 홀로그램이 기록되었다. 200 μm의 두께에 대해 6.2 x 10-3정도의 △n값이 구해졌다.
실시예 6
0.026g CGI-784 광초기화물은 2.225g 4-bromostyrene에 용해되었다. 이 용액은 19g PPGDGE, 12.2g PETMP, 및 0.34g 1,8-diazobicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU)와 혼합되었다. 혼합체는 7분내에 젤화되었고, 15분 후에 매트릭스 중합이 완료되었다. 이 매체에는 다중화된 홀로그램이 성공적으로 기록되었다.
실시예 7
940 μm의 물질 두께를 갖는 (유리 슬라이드를 포함하지 않고) 샘플은 다음과 같이 준비되었다. 0.75g Ciba CGI-784는 약하게 가열하면서 1.50g MTVN에 용해되었다. 그 용액은 9.04g PPGDGE, 5.64g PETMP, 및 0.56g TDMAMP와 혼합되었다. 1 mm 두께까지의 매체는 앞서 기술된 바와 같이 진공 홀더 (vacuum holder)를 사용해 준비되었고, 실시예 2에서와 같이, 홀로그램이 기록되었다. 샘플에 대해 7.3 x 10-3의 △n이 측정되었고, 이는 실질적으로 △n을 유지하면서 샘플 두께를 증가시키는 것이 가능함을 설명한다.
실시예 8
다른 광활성 모노머의 효과를 비교하도록 5개의 매체가 준비되었다. 매체는 250 μm의 물질 두께를 갖고, 다음과 같이 준비되었다:
1) 스티렌 (Styrene) 광활성 모노머: 실시예 2에서와 같이 준비됨.
2) 브로모스티렌 (Bromostyrene) 광활성 모노머: 실시예 3에서와 같이 준비됨.
3) 브로모스티렌 (Bromostyrene) 및 MTVN 광활성 모노머: 실시예 5에서와 같이 준비됨.
4) MTVN 광활성 모노머 : 실시예 7에서와 같이 준비됨.
5) 1-(3-naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene (NTPVN) 광활성 모노머: 0.02g CIBA CGI-784는 1.2007g PPGDGE에 용해되었다. 그 용액은 0.4080g NTPVN, 0.7524g PETMP, 및 0.1358g TDMAMP와 혼합되었다. 샘플은 실시예 2에서와 같이 준비되었다.
상기 홀로그래픽 장치를 사용해, 35 평면파 홀로그램이 샘플로 각도 다중화되었다. 샘플들은 나머지 광활성 종류를 반응시키도록 기록 이후에 침수 노출되었다. 굴절률 대조가 계산되었고, 이는 바로 위의 참고 수치를 사용해 도 2 (best-fit line으로)에 도시된다. 도 2는 매체 1 내지 매체 5에서, 비교적 일정한 레벨의 차원 안정도를 유지하면서 (매체 두께에서 ∼0.3%의 감소), 약 1.6 x 10-3내지 약 9 x 10-3까지 굴절률 대조에서의 증가가 실현된 것을 도시한다. 2 지수-대조 부분의 모노머에서 주어진다면, 1-(3-naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene를 포함하는 매체로 나타내지는 증가된 굴절률 대조가 기대된다.
(NTPVN은 다음과 같이 준비되었다:
1-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)naphthalene의 준비. 200mL의 에테르와 20.7g (0.1 mol) 1-bromonaphthalene의 용액은 저으면서 -78°로 냉각되었고, 40mL의 BuLi가 부가되었다. 온도는 -20℃로 상승되도록 허용되었다가, 다시 -78℃로 낮추어지고, 이때 3.2g (0.1 mol) 황 (sulfur)이 부가되었다. 온도는 10℃로 상승되도록 허용되었다가, 다시 -78℃로 낮추어지고, 이때 14.8g (0.05 mol) 1,3-diiodopropane가 부가되었다. 혼합체가 실온으로 데워지면, 얇은 층 크로마토그래피에 의해 활발하지 못한 반작용이 주시되었다. 혼합체는 50mL THF와 함께 역류로 4시간 동안 가열되었고, NaOH 수용액으로 집성되었다. 유기층은 MgSO4로 건조되고, 필터처리되고, 농축되고, 또한 100g 실리카겔에서 크로마토그래피 처리되어, 헥산내의 0-30% CH2Cl2로 세척되었다. 900mL의 제품 대역은 5.5g의 백색 고체를 제공하여, NMR에 의해 순수함을 나타낸다.
4-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)-1-naphthaldehyde의 준비. 3.9g의 상기 제품과 1.42g의 dimethylformamide는 혼합되어 얼음 냉각되고, 2.8g의 P2O3Cl4가 부가되었다. 혼합체는 2시간 동안 100℃로 가열되고, 주위 온도로 냉각되고, 또한 50mL 얼음물에 2.5g NaOH를 부가하여 가수분해된 후, 40℃로 가열되고, 주위 온도에서 혼합체를 저었다. 유기물이 분산되었을 때, 이는 에테르로 추출되고, 건조되고, 필터처리되고, 농축되고, 또한 750mL의 hexane-CH2Cl2gradient로 크로마토그래피 처리되어, CH2Cl2에서 10% EtOAc로 이어진다. 전체적으로 2.0g의 시작 물질, 1.3g의 황색 유성 제품, 및 0.2g의 dialdehyde가 구해졌다. 제품 산출량은 소모된 시작 물질을 근거로 31% 또는 63% 이었다.
1-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene의 준비: 상기 제품 1.3g은 위티그 (Wittig) 시약 (1.4g methyltriphenylphosphonium bromide와 3.3 mmol (1 equiv) BuLi로부터 30mL의 THF에서 0℃ 내지 실온으로 1시간에 걸쳐 준비되고 다시 0℃로 냉각된)에 부가되었다. 주위 온도에서 밤새 저은 이후에, 1.6mL의 MeOH가 부가되었고, 그 용액은 농축되어 MTVN에 대해 리그로인 (ligroin)으로 추출되었다. 추출물은 약 10mL로 부분 농축되고, CH2Cl2로 동일하게 희석되고, 20g 실리카겔로 크로마토그래피 처리되어, 1:1 hexane:CH2Cl2로 세척된다. 산출물은 1.1g (84%)의 점성 황색 오일이었고, NMR에 의해 순수함을 나타낸다. 진공 상태에서 30분 건조시킨 이후에, 그 물질은 바로 매체 준비를 위해 혼합체로 혼합되었다.)
종래 기술에 숙련된 자에게는 여기서 발표된 본 발명의 명세서 및 실시를 고려한 것으로부터 본 발명의 다른 실시예가 명백해진다.
Claims (43)
- 3차원으로 교차결합된 폴리머 매트릭스 (polymer matrix); 및하나 이상의 광활성 모노머 (photoactive monomer)를 구비하고,적어도 하나의 광활성 모노머가 실질적으로 폴리머 매트릭스에서 없는 모노머 기능 그룹 이외의 일부분 (moiety)을 구비하고, 또한하나 이상의 광활성 모노머의 중합 (polymerization)으로부터 주어지는 폴리머와 매트릭스 폴리머가 호환가능한 것을 특징으로 하는 광학물 (optical article).
- 제 1 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 하나 이상의 광활성 모노머가 있을 때, 하나 이상의 광활성 모노머가 중합되는 반작용과 독립적인 중합 반작용에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 1 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 메르캅탄-에폭시 단계 중합 (mercaptan-epoxy step polymerization)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 3 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 폴리에테르 백본 (polyether backbone)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 4 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머는 비닐 아로마틱 (vinyl aromatic) 성분인 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 5 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머는 스티렌 (styrene), 브로모스티렌 (bromostyrene), 디비닐벤젠 (divinyl benzene), 4-methylthio-1-vinylnaphthalene, 및 1-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 1 항에 있어서,광초기화물 (photoinitiator)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 2 항에 있어서,매트릭스는 카티온 에폭시 중합 (cationic epoxy polymerization), 카티온 비닐 에테르 중합 (cationic vinyl ether polymerization), 카티온 알케닐 에테르 중합 (cationic alkenyl ether polymerization), 카티온 알렌 에테르 중합 (cationic allene ether polymerization), 카티온 케텐 아세탈 중합 (cationic ketene acetal polymerization), 에폭시-아민 단계 중합 (epoxy-amine step polymerization), 에폭시-메르캅탄 단계 중합 (epoxy-mercaptan step polymerization), 비포화 에스테르-아민 단계 중합 (unsaturated ester-mercaptan step polymerization), 비포화 에스테르-메르캅탄 단계 중합 (unsaturated ester-mercaptan step polymerization), 비닐-실리콘 하이드리드 단계 중합 (vinyl-silicon hydride step polymerization), 이소사이어네이트-하이드록실 단계 중합 (isocyanate-hydroxyl step polymerization), 및 이소사이어네이트-아민 단계 중합 (isocyanate-amine step polymerization)로부터 선택된 중합 반작용에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 1 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머는 아크릴물 (acrylates), 메타크릴물 (methacrylates), 아크릴아미드 (acrylamides), 메타크릴아미드 (methacrylamides), 스티렌 (styrene), 치환된 스티렌, 비닐 나프탈린 (vinyl naphthalene), 치환된 비닐 나프탈렌, 말리에이트 (maleate)와 혼합된 비닐 에테르 (vinyl ether), 올레핀 (olefin)과 혼합된 티올 (thiol), 비닐 에테르, 알케닐 에테르 (alkenyl ether), 알렌 에테르 (allene ether), 케텐 아세탈 (ketene acetal), 및 에폭시 (epoxy)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 9 항에 있어서,적어도 하나의 광활성 모노머는 하나 이상의 지수-대조 일부분 (index-contrasting moiety)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 1 항에 있어서,상기 개체는 홀로그래픽 (holographic) 기록 매체인 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 11 항에 있어서,매트릭스와 하나 이상의 광활성 모노머를 구비하는 광기록 물질은 200 μm 보다 더 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록 매체.
- 제 12 항에 있어서,두께가 500 μm 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록 매체.
- 제 1 항에 있어서,상기 개체는 광도파관 (optical waveguide)인 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 12 항에 있어서,매체는 3 x 10-3이상의 △n을 나타내는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록 매체.
- 제 15 항에 있어서,매체는 하나 이상의 광활성 모노머의 중합시 0.3% 이하의 두께 변화를 겪게 되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 기록 매체.
- 제 1 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머 중 1 내지 20%는 폴리머 매트릭스에 격자화되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 광학물을 제작하는 처리 방법에 있어서:매트릭스 프리커서 (matrix precursor)와 광활성 모노머를 혼합하는 단계; 및폴리머 매트릭스를 형성하도록 매트릭스 프리커서를 치유하는 단계를 구비하고,매트릭스 프리커서는 광활성 모노머가 중합될 수 있는 반작용으로부터 독립적인 반작용에 의해 중합되고, 또한광활성 모노머의 중합으로부터 주어지는 폴리머와 매트릭스 폴리머가 호환가능한 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 18 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 메르캅탄-에폭시 단계 중합 (mercaptan-epoxy step polymerization)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 19 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 폴리에테르 백본 (polyether backbone)을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 20 항에 있어서,광활성 모노머는 비닐 아로마틱 (vinyl aromatic) 성분으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 21 항에 있어서,광활성 모노머는 스티렌 (styrene), 브로모스티렌 (bromostyrene), 디비닐벤젠 (divinyl benzene), 4-methylthio-1-vinylnaphthalene, 및 1-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 18 항에 있어서,광초기화물은 매트릭스 프리커서 및 광활성 모노머와 혼합되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 18 항에 있어서,치유하기 이전에 두 플레이트 (plate) 사이에 매트릭스 프리커서/광활성 모노머 혼합체를 배치하는 단계;치유 단계 동안에 매트릭스 프리커서/광활성 모노머 혼합체와 플레이트의 평행성을 모니터하는 단계; 및필요한 경우에 치유 단계 동안 개체의 광학적 특성을 개선하도록 플레이트의 관계를 조정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 18 항에 있어서,광활성 모노머는 하나 이상의 지수-대조 일부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 광학물에 패턴을 제공하는 처리 방법에 있어서,3차원으로 교차결합된 폴리머 매트릭스와 하나 이상의 광활성 모노머를 구비하는 개체 중 선택된 영역에 조사하는 단계를 구비하고,적어도 하나의 광활성 모노머가 실질적으로 폴리머 매트릭스에서 없는 모노머 기능 그룹 이외의 일부분을 구비하고, 또한하나 이상의 광활성 모노머의 중합으로부터 주어지는 폴리머와 매트릭스 폴리머가 호환가능한 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 조사는 매트릭스가 중합된 반작용과 독립적인 반작용에 의해 하나 이상의 광활성 모노머의 중합을 유도하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 26 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 메르캅탄-에폭시 단계 중합 (mercaptan-epoxy step polymerization)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 28 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 폴리에테르 백본 (polyether backbone)을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 29 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머는 비닐 아로마틱 (vinyl aromatic) 성분으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 30 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머는 스티렌 (styrene), 브로모스티렌 (bromostyrene), 디비닐벤젠 (divinyl benzene), 4-methylthio-1-vinylnaphthalene, 및 1-(3-(naphth-1-ylthio)propylthio)-4-vinylnaphthalene로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 26 항에 있어서,광학물이 홀로그래픽 기록 매체인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 32 항에 있어서,매트릭스와 광활성 모노머를 구비하는 광기록 물질은 200 μm 보다 더 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 33 항에 있어서,두께가 500 μm 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 33 항에 있어서,매체는 3 x 10-3이상의 △n을 나타내는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 35 항에 있어서,매체는 하나 이상의 광활성 모노머의 중합시 0.3% 이하의 두께 변화를 겪게 되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 26 항에 있어서,광활성 모노머는 아크릴물 (acrylates), 메타크릴물 (methacrylates), 아크릴아미드 (acrylamides), 메타크릴아미드 (methacrylamides), 스티렌 (styrene), 치환된 스티렌, 비닐 나프탈린 (vinyl naphthalene), 치환된 비닐 나프탈렌, 말리에이트 (maleate)와 혼합된 비닐 에테르 (vinyl ether), 올레핀 (olefin)과 혼합된 티올 (thiol), 비닐 에테르, 알케닐 에테르 (alkenyl ether), 알렌 에테르 (allene ether), 케텐 아세탈 (ketene acetal), 및 에폭시 (epoxy)로부터 선택되는 적어도 한 그룹을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 37 항에 있어서,광활성 모노머는 하나 이상의 지수-대조 일부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 제 26 항에 있어서,광학물은 광도파관인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
- 3차원으로 교차결합된 폴리머 매트릭스; 및 하나 이상의 광활성 모노머로부터 형성된 하나 이상의 폴리머를 구비하고,적어도 하나의 광활성 모노머가 실질적으로 폴리머 매트릭스에서 없는 모노머 기능 그룹 이외의 일부분을 구비하고, 또한하나 이상의 광활성 모노머로부터 형성된 하나 이상의 폴리머와 매트릭스 폴리머가 호환가능한 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 40 항에 있어서,폴리머 매트릭스는 하나 이상의 광활성 모노머가 있을 때, 하나 이상의 광활성 모노머가 중합되는 반작용과 독립적인 중합 반작용에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 40 항에 있어서,매트릭스는 카티온 에폭시 중합 (cationic epoxy polymerization), 카티온 비닐 에테르 중합 (cationic vinyl ether polymerization), 카티온 알케닐 에테르 중합 (cationic alkenyl ether polymerization), 카티온 알렌 에테르 중합 (cationic allene ether polymerization), 카티온 케텐 아세탈 중합 (cationic ketene acetal polymerization), 에폭시-아민 단계 중합 (epoxy-amine step polymerization), 에폭시-메르캅탄 단계 중합 (epoxy-mercaptan step polymerization), 비포화 에스테르-아민 단계 중합 (unsaturated ester-mercaptan step polymerization), 비포화 에스테르-메르캅탄 단계 중합 (unsaturated ester-mercaptan step polymerization), 비닐-실리콘 하이드리드 단계 중합 (vinyl-silicon hydride step polymerization), 이소사이어네이트-하이드록실 단계 중합 (isocyanate-hydroxyl step polymerization), 및 이소사이어네이트-아민 단계 중합 (isocyanate-amine step polymerization)로부터 선택된 중합 반작용에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학물.
- 제 40 항에 있어서,하나 이상의 광활성 모노머는 아크릴물 (acrylates), 메타크릴물 (methacrylates), 아크릴아미드 (acrylamides), 메타크릴아미드 (methacrylamides), 스티렌 (styrene), 치환된 스티렌, 비닐 나프탈린 (vinyl naphthalene), 치환된 비닐 나프탈렌, 말리에이트 (maleate)와 혼합된 비닐 에테르 (vinyl ether), 올레핀 (olefin)과 혼합된 티올 (thiol), 비닐 에테르, 알케닐 에테르 (alkenyl ether), 알렌 에테르 (allene ether), 케텐 아세탈 (ketene acetal), 및 에폭시 (epoxy)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학물.
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