KR20050027567A - Hologram recording photopolymer manufacturing method using a medium prepared by the sol-gel method as a binder - Google Patents

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Abstract

Provided is a photopolymer for hologram recording using medium produced by sol-gel method as a binder which uses silicone oxide as the binder to enable to produce an excellent thin film in manufacturing holography elements. In production process of the photopolymer for hologram recording using medium produced by sol-gel method as the binder, the photopolymer includes the sol-gel binder made by using silicone alkoxy silane represented by formula 1, 2 and 3, in which R is a low-valent alkyl radical such as CH3, CH2CH3, CH2CH(CH3)CH3, CH2CH2CH2CH3, CH(CH3)2 or so on; and X is all kinds of aliphatic molecular unit or aromatic molecular unit.

Description

졸겔방법에 의해 제조된 매질을 바인더로 이용한 홀로그램 기록용 포토폴리머 제조 방법{omitted}Hologram recording photopolymer manufacturing method using a medium prepared by the sol-gel method as a binder {omitted}

본 연구는 기존의 포토폴리머와 비교하여 동일한 간섭광 광세기에 의한 회절효율의 회절격자 형성속도 및 안정성을 향상시키는데 그 목적이 있다. 이는 광 간섭에 의해 어두운 영역에서 밝은 영역으로 확산된 단량체의 광중합 또는 광가교에 의해 밝은 영역에서의 굴절률이 증가하게 되는데, 이 경우 지지층으로 사용되는 고분자 바인더와 새로이 형성된 고분자와는 물리적인 결합에 의해 혼합되어 있는 것이 기존의 형태이다. 기존의 열가소성 고분자와는 달리 단량체 확산이 향상되고, 굴절률 변조를 제어하는 새로 형성된 중합체의 밀도, 즉 신규 고분자로의 전환율을 개선하여 높은 회절효율 및 격자 형성 속도를 더욱 향상시키고 그들의 안정성을 향상 시키는데 주 목적이 있다.The purpose of this study is to improve the diffraction grating formation speed and stability of diffraction efficiency by the same interference light intensity as compared with the conventional photopolymer. This increases the refractive index in the bright region by photopolymerization or photocrosslinking of the monomer diffused from the dark region to the bright region by optical interference. In this case, the polymer binder used as the support layer and the newly formed polymer are physically bonded. The mixture is a conventional form. Unlike conventional thermoplastic polymers, monomer diffusion is improved, and the density of newly formed polymers that control refractive index modulation, that is, conversion to new polymers, is improved to further improve high diffraction efficiency and lattice formation rate and improve their stability. There is a purpose.

홀로그램 구현을 위한 포토폴리머인 경우, 함유하고 있는 저분자 단량체의 광중합에 의하여 광 간섭 패턴을 홀로그램으로 저장 할 수 있는 장점으로 말미암아 광메모리 시스템의 매질과 광확산판, 광파장 분할기, 반사형, 투과형 컬러필터 등 많은 용도가 제안되고 있다. 널리 사용되어지고 있는 홀로그램용 포토폴리머 화합물의 조성은 광증감제, 단량체, 개시제, 고분자 바인더로 구성되어져 있는데, 두 간섭 빔의 조사에 따라 광증감제의 특정 파장의 광흡수로부터 개시제가 활성화되어 고분자 바인더에 혼합되어 있는 단량체들의 중합이 일어나기 시작한다. 이때, 두 입사 빔의 간섭 현상에 의해 보강 간섭이 일어난 영역에서 활발한 광중합 반응이 진행되어 단량체가 고분자로 전이되고 상쇄 간섭이 일어난 영역에서는 광흡수에 의한 단량체의 개시가 일어나지 않아 미반응된 단량체가 존재하게 된다. 이러한 단량체의 농도 구배를 줄여 농도의 평형 상태를 이루기 위해 단량체는 상쇄 간섭 영역에서 보강 간섭 영역으로 확산이 일어나게 된다. 즉, 두 입사 빔의 간섭 패턴에 따라 단량체와 고분자의 농도 구배가 발생하게 되고, 확산, 중합되어 두 영역의 고분자들의 조성이 다르게 되어 두 영역간의 굴절율의 변조가 가능하게 된다.In the case of the photopolymer for the hologram, the optical interference pattern can be stored as a hologram by the photopolymerization of the low molecular monomers, so that the medium, the light diffuser, the optical wavelength divider, the reflection type and the transmissive color filter of the optical memory system can be used. Many uses have been proposed. The photopolymer compound for holograms, which is widely used, is composed of a photosensitizer, a monomer, an initiator, and a polymer binder. The initiator is activated by light absorption of a specific wavelength of the photosensitizer by irradiation of two interference beams. Polymerization of the monomers mixed in the binder begins to occur. At this time, an active photopolymerization reaction proceeds in a region where constructive interference occurs due to an interference phenomenon between two incident beams, so that the monomer is transferred to a polymer, and in the region where destructive interference occurs, the monomer is not initiated by light absorption and thus an unreacted monomer exists. Done. In order to achieve a concentration equilibrium by reducing the concentration gradient of the monomer, the monomer is diffused from the destructive interference region to the constructive interference region. That is, concentration gradients of the monomer and the polymer are generated according to the interference patterns of the two incident beams, and the polymers of the two regions are diffused and polymerized to change the refractive index between the two regions.

홀로그래픽 소자용 재료에 있어서 기존에 사용되어져 왔던 DuPont사의 포토폴리머에 대하여는 많은 연구 및 응용성이 잘 알려져 있으나, 재료의 개발이 한정되어져 있고, 격자 형성 속도와 자외선 조사에 의한 후경화 공정 시 광 안정성 면에서 문제점이 발견되는 단점이 있었다. 따라서 그와 경쟁 할 수 있을 정도의 높은 회절 효율과 안정적인 홀로그램을 유지하는 국산 포토폴리머의 개발이 시급한 실정에 있다.Although the research and application of DuPont's photopolymer, which has been used in holographic device materials, is well known, the development of materials is limited, and the light stability during the post-curing process by lattice formation rate and ultraviolet irradiation is known. There was a drawback in that problems were found. Therefore, there is an urgent need to develop a domestic photopolymer that maintains high diffraction efficiency and stable hologram that can compete with it.

한편, 그들의 응용범위로서는 최근 액정디스플레이 기술의 급격한 발달과 함께 대면적, 고휘도, 고효율, 저소비전력, 광균일성, 색재현성, 시야각 등이 개선된 평판 디스플레이의 필요성이 요구되고 있는 가운데 광확산판등이 그 중요한 부품으로서 중요성이 크게 대두되고 있다. 특히 차세대 정보저장 매체로부터 홀로그래픽 메모리 미디어 제작을 위해 포토폴리머는 3-D 디스플레이와 함께 매우 중요한 매질로서 부각되고 있다. 그러므로 빠른 격자형성 속도 및 높은 회절 효율을 가지며 안정성이 뛰어난 포토폴리머의 개발은 학문적인 가치뿐만 아니라 차세대 산업적인 응용 면에 있어서도 중요한 의미를 가진다 할 수 있다.On the other hand, as their application ranges, with the recent rapid development of liquid crystal display technology, the need for a flat panel display with improved large area, high brightness, high efficiency, low power consumption, light uniformity, color reproducibility, viewing angle, etc. As this important part, the importance is greatly raised. Especially for the production of holographic memory media from next generation information storage media, photopolymers have emerged as a very important medium with 3-D displays. Therefore, the development of photopolymer having high lattice speed, high diffraction efficiency and excellent stability can be important not only for academic value but also for next generation industrial application.

따라서 본 발명은 두 빔의 간섭패턴에 의해 홀로그램을 구현할 수 있고 정보를 저장할 수 있는 고속 격자형성, 고회절 효율 및 기억된 홀로그램의 광안정성이 증진된 포토폴리머 개발을 기술적 과제로 한다. 본 연구에 있어서 발명자들은 포토폴리머 화합물에 졸겔 방법에 의해 제조될 수 있고 유기 분자단을 함유하는 실리콘 옥사이드를 사용함으로써 홀로그램의 제작 시, 두 빔의 보강간섭 영역에서 단량체의 광중합과 함께 지지층으로 사용되어 단량체의 이행 현상을 촉진시키고, 고분자로의 전환율을 향상 시키며, 새로이 형성되는 고분자와 기존의 실리콘 옥사이드 바인더와의 광중합반응을 유도함으로써 높은 회절 효율 및 환경에 대한 안정성이 증진된 홀로그램 구현을 할 수 있었다.Therefore, the present invention is to develop a photopolymer that can implement a hologram by the interference pattern of the two beams and can store information, and improve the photopolymerization of the high-speed lattice formation, high diffraction efficiency and stored hologram. In the present study, the inventors used the sol-gel method for the photopolymer compound and used the silicon oxide containing the organic molecular groups to support the support layer together with the photopolymerization of the monomer in the reinforcing interference region of the two beams. By promoting the transition phenomenon of the monomer, improving the conversion rate to the polymer, and inducing a photopolymerization reaction between the newly formed polymer and the existing silicon oxide binder, it was possible to implement holograms with high diffraction efficiency and environmental stability. .

본 발명에 의하여 졸겔 방법에 의한 알콕시 실란을 (화학식 1, 화학식 2, 화학식 3) 가수분해 축합하여 제조될 수 있는 실리콘 옥사이드 매질을 바인더로 사용하여 빠른 격자 형성 속도와, 높은 회절 효율을 나타내는 포토폴리머를 제공한다. 이하 본 연구에서 개발되고 사용된 바인더를 졸겔 바인더로 칭한다.Photopolymer showing high lattice formation rate and high diffraction efficiency using a silicon oxide medium which can be prepared by hydrolysis condensation of alkoxy silane by the sol-gel method according to the present invention (Formula 1, Formula 2, Formula 3) as a binder To provide. Hereinafter, the binder developed and used in the present study will be referred to as a sol-gel binder.

상기 식에서 R 위치에는 CH3, CH2CH3, CH2CH(CH3)CH 3, CH2CH2CH2CH3, CH(CH3)2 등과 같은 크기가 작은 저가의 알킬 기가 존재하며, X 위치에는 여하의 지방족 분자단, 또는 방향족 분자단이 위치할 수 있다.In the above formula, in the R position, there are small, low-cost alkyl groups such as CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH (CH 3 ) CH 3 , CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2, etc. At the X position any aliphatic molecular group or aromatic molecular group can be located.

이하 본 발명을 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

포토폴리머 제조를 위하여 졸겔 바인더에 혼합되는 단량체들은 라디칼 활성종에 의해 개시될 수 있는 이중결합을 함유하는 비닐계나, 아크릴레이트, 메타크릴레이트계 단량체로 비스페놀 A 에톡시 디아크릴레이트나 비스페놀 A 프로폭실레이트 글리세롤레이트 디아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트 등을 사용하였으며, 테트라브로모 풀루오레신 화합물은 가시광 광증감용 색소로 사용하였다. 트리에타놀라민은 전자이송 화합물로 사용하였다. 상기 화합물들을 혼합하여 제작한 포토폴리머 용액을 스핀코팅 또는 캐스팅 방법 또는 닥터블레이드를 이용하여 일정한 두께의 막으로 제작하였으며, 회절격자 형성실험에 사용하였다.Monomers mixed in the sol-gel binder for the preparation of photopolymers are vinyl, acrylate, or methacrylate-based monomers containing double bonds that can be initiated by radically active species, such as bisphenol A ethoxy diacrylate or bisphenol A propoxyl. Late glycerol diacrylate or pentaerythritol triacrylate was used, and the tetrabromo pulluolesine compound was used as a dye for visible light photosensitization. Triethanolamine was used as the electron transfer compound. The photopolymer solution prepared by mixing the compounds was prepared as a film having a constant thickness by using a spin coating or casting method or a doctor blade, and used in a diffraction grating formation experiment.

앞서 제작한 포토폴리머 막에 488 nm, 514 nm, 또는 532 nm 파장중 하나를 선택하여 두 개의 광을 일정한 각도에서 커플링 시킴으로 해서 매질 내에 간섭 패턴을 형성 시킬 수 있었다. 즉, 광의 간섭 현상에 따라 보강간섭과 상쇄간섭이 일정한 패턴으로 막 표면 및 내부 구조에서 반복되며, 이때 보강간섭이 일어나는 선택적인 영역에서 염료 구조로 된 광증감제의 증감작용에 의해 아민개시제에서 라디칼이 발생된다. 이렇게 발생된 라디칼에 의하여 혼합된 단량체의 고분자화 반응이 개시되며 이러한 고분자화 반응은 두 빔의 보강 간섭이 일어나는 영역에서 진행되어 진다고 알려져 있고 본 발명자들에 의해서도 적외선 분광분석에 의해 그 고분자화 되는 구조변화가 확인되었다. 선택된 영역에서 단량체의 고분자화 반응이 진행되어지므로 상쇄 간섭 영역과 보강 간섭 영역에서의 단량체의 농도 구배가 발생하게 되고, 상대적으로 단량체의 농도가 높은 상쇄 간섭 영역에서 농도가 낮은 보강 간섭 영역으로 단량체의 확산이 진행된다. 그러므로 고분자화 반응이 진행되어지는 보강 간섭 영역과 상쇄 간섭 영역에서 농도 차이가 생기게 되며 새로이 형성되는 중합체 밀도 증가에 의해 굴절률 격자가 생성되게 된다. 이러한 원리로부터 주기적인 굴절률 분포 형성이 가능하며 입사광의 각도 및 강도 그리고 광조사 시간의 변화로부터 회절효율의 변화에 대한 조절이 가능하다.By selecting one of 488 nm, 514 nm, or 532 nm wavelengths in the previously prepared photopolymer film, two lights were coupled at a constant angle to form an interference pattern in the medium. That is, reinforcement interference and destructive interference are repeated on the surface and internal structure in a constant pattern according to the interference of light, and at this time, radicals in the amine initiator are caused by the sensitization action of the photosensitizer with the dye structure in the selective region where reinforcement interference occurs Is generated. The polymerization reaction of monomers mixed by the generated radicals is initiated, and the polymerization reaction is known to proceed in the region where constructive interference of two beams occurs, and the inventors also polymerize the structure by infrared spectroscopy. Change was confirmed. As the polymerization reaction of the monomer proceeds in the selected region, the concentration gradient of the monomer occurs in the destructive interference region and the constructive interference region, and the monomer concentration is reduced from the destructive interference region having a relatively high concentration of the monomer to the constructive interference region having a low concentration. Diffusion proceeds. Therefore, there is a difference in concentration in the constructive interference region and the destructive interference region where the polymerization reaction proceeds, and the refractive index grating is generated by the increase of the newly formed polymer density. From this principle, it is possible to form a periodic refractive index distribution and to control the change of diffraction efficiency from the change of angle and intensity of incident light and light irradiation time.

본 연구에서는 이러한 포토폴리머 제조를 위한 formula에서 가장 농도가 높은 신규 고분자 바인더 개발에 주안점을 두고, 확산되는 단량체의 중합이 졸겔 바인더 내에서 높은 전환율을 나타내도록 고안되었다. 이와 같은 졸겔 매질은 내부의 자유부피와 함께 단량체의 중합 시 사슬 이동현상이 용이할 수 있게 하는 히드록시기들이 축합되지 않은 실리콘 원자에 존재함으로서 적은 분자량의 고분자일지라도 단량체로부터의 높은 전환율을 유도할 수 있게 되어있다. 이로서 회절을 위한 격자 형성 속도가 매우 향상되고, 높은 회절 효율을 얻을 수 있었다.In this study, we focused on the development of new polymer binder with the highest concentration in formula for preparing photopolymer, and the polymerization of diffusion monomer was designed to show high conversion in sol-gel binder. The sol-gel medium, together with the free volume inside, has a hydroxyl group on the uncondensed silicon atom, which facilitates chain transfer during polymerization of the monomer, thereby inducing high conversion from the monomer even with a low molecular weight polymer. have. As a result, the rate of grating formation for diffraction was greatly improved, and high diffraction efficiency was obtained.

일반적으로 광메모리 매질 및 광확산판등에 사용하는 포토폴리머의 경우, 홀로그램의 기록 이후, 잔류 단량체의 소진을 위해 자외선 광조사에 의한 후경화 공정이 필요하며 이때 보강 간섭 영역에서 미반응된 단량체의 광중합뿐만 아니라, 상쇄 간섭 영역에 존재하는 미확산 단량체 역시 반응하여 일반적으로 보강 간섭과 상쇄 간섭부의 굴절율의 차이가 감소하여 회절효율의 값이 약간 감소하는 현상이 관측된다. 본 발명자들은 이러한 포토폴리머 화합물에 상기 화학식 1, 2 혹은 3으로 제조된 졸겔 바인더를 이용하여 매우 빠른 속도로 격자형성을 시킬 수 있고, 그와 함께 잔류 단량체의 농도의 저하로 말미암아 후 경화 공정에 의한 특성 변화가 거의 관찰 되지 않았다.In general, photopolymers used in optical memory media and light diffusion plates require post-curing process by ultraviolet light irradiation to exhaust residual monomer after hologram recording, and photopolymerization of unreacted monomers in the reinforcing interference region. In addition, the non-diffusion monomer present in the destructive interference region also reacts, and in general, the difference in the refractive index of the constructive interference and the destructive interference portion is reduced, the phenomenon that the value of the diffraction efficiency is slightly reduced. The present inventors can make the photopolymer compound lattice formation at a very high speed by using the sol-gel binder prepared by the above formulas (1), (2) or (3). Very little characteristic change was observed.

이러한 졸겔 바인더를 포토폴리머에 사용하여 선형 광학 특성을 향상시키고 격자형성 속도를 향상 시키며, 홀로그램의 안정성 및 광회절 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 기술한 졸겔 매질을 바인더로 사용함으로 인한 효과에 대하여서는 후술하는 실시예로부터 명확하게 될 것이다.By using such a sol-gel binder in the photopolymer, there is an advantage of improving linear optical characteristics, improving lattice formation speed, and improving hologram stability and optical diffraction efficiency. The effect of using the sol-gel medium described above as a binder will be apparent from the examples described below.

[실시예 1]Example 1

화학식 2 계열의 실란을 이용한 포토폴리머의 제조Preparation of Photopolymer Using Silane of Formula 2 Series

화학식 2계열의 트리알콕시 실란계열 화합물 (화학식 4)을 합성하고 합성된 실란 1.5 g을 테트라하이드로퓨란 5 ml에 용해시킨 후 염산(35wt%) 0.01 g, 물 0.3 g을 혼합하여 24시간 가수분해 시키고, 부분 축합시킨 다음 점성 있는 용액에 비스페놀 A 에톡실레이트 디아크릴레이트를 4가지 다른 농도로 위의 용액에 혼합하여 준 다음, 트리에타놀라민 0.05 g (3.4×10-5 mol), 테트라브로모 플루오레신 0.002 g (2.9×10-6 mol) 를 모두 함께 혼합하여 용액을 제조하고 질소버블링을 통하여 용존 산소를 제거하고 질소 분위기에서 48시간 정도 상온에서 암실에 보관하였다.Synthesis of trialkoxy silane compound of formula (II) (Formula 4) was synthesized and dissolved 1.5 g of the synthesized silane in 5 ml of tetrahydrofuran, hydrochloric acid (35wt%) and 0.3 g of water were mixed and hydrolyzed for 24 hours. , Partially condensed, and then mixed bisphenol A ethoxylate diacrylate into the above solution in four different concentrations in a viscous solution, followed by 0.05 g (3.4 × 10 -5 mol) of triethanolamine, tetrabromoflu 0.002 g (2.9 × 10 −6 mol) of oresin was mixed together to prepare a solution, and dissolved oxygen was removed through nitrogen bubbling and stored in a dark room at room temperature for about 48 hours in a nitrogen atmosphere.

상기 제조한 용액을 스핀 코팅 또는 캐스팅 방법에 의해 박막 또는 후막을 제조하였으며 홀로그램 기록용 시료로 사용하기 위해 암실에서 진공 건조하였다.The prepared solution was prepared by thin coating or thick film by spin coating or casting, and vacuum dried in a dark room for use as a sample for hologram recording.

실시예 1에서 사용한 바인더와 단량체의 조성비를 변화 시켜 4가지 다른 포토폴리머 시료를 제조하고 그들의 회절 특성을 관찰 할 수 있었다. 바인더와 단량체의 조성비를 달리한 졸겔 포토폴리머 시료들의 최고 회절 효율과 그들의 포화치에 도달하는 속도상수를 표 1에서 나타내고 있다. 표 1에서 속도상수는 생성되는 회절 격자에 의해 조사시간에 따른 회절 효율의 증가 속도를 의미한다. 예상한대로 위의 단량체 조성 분포에서는 단량체의 농도가 증가할수록 회절효율은 증가하며 격자 형성 속도도 많은 증가현상을 보이고 있다.By changing the composition ratio of the binder and the monomer used in Example 1, four different photopolymer samples were prepared and their diffraction characteristics could be observed. Table 1 shows the maximum diffraction efficiency of the sol-gel photopolymer samples having different composition ratios of the binder and the monomer and the rate constant reaching their saturation. In Table 1, the rate constant refers to an increase rate of diffraction efficiency with irradiation time by the diffraction grating generated. As expected, in the above monomer composition distribution, as the monomer concentration increases, the diffraction efficiency increases and the lattice formation rate also increases.

[ 비교예 1 ]Comparative Example 1

셀룰로스 아세테이트 부티레이트 고분자를 바인더로 이용한 포토폴리머의 제조Preparation of Photopolymer Using Cellulose Acetate Butyrate Polymer as Binder

셀룰로스 아세테이트 부티레이트[아세테이트: 14%, 부티레이트: 37%, 히드록실: 49%] 동일 성분 고분자 1.0 g을 테트라하이드로퓨란 5 ml에 용해시켜 비스페놀 A 에톡실레이트 다이아크릴레이트 1.2 g (0.0023 mol)과 섞어준 다음, 트리에타놀라민 0.04 g (2.7×10-4 mol), 테트라브로모 플루오레신 0.0004 g (5.8×10-7 mol)을 모두 함께 섞어 혼합 용액을 제조하고 실시예 1에서 보인 것과 동일한 방법으로 박막 또는 후막을 제조하였으며 홀로그램 기록용 시료로 사용하기 위해 암실에서 건조하였다.Cellulose acetate butyrate [acetate: 14%, butyrate: 37%, hydroxyl: 49%] Dissolve 1.0 g of the same polymer in 5 ml of tetrahydrofuran and mix with 1.2 g (0.0023 mol) of bisphenol A ethoxylate diacrylate. Next, 0.04 g (2.7 × 10 −4 mol) of triethanolamine and 0.0004 g (5.8 × 10 −7 mol) of tetrabromo fluorescein were all mixed together to prepare a mixed solution, the same method as shown in Example 1 Thin films or thick films were prepared and dried in a dark room for use as samples for hologram recording.

기존의 열가소성 고분자 바인더와 졸겔 방법에 의해 제조된 바인더를 이용하여 제조한 두 가지 포토폴리머들을 비교하면 회절 효율 및 그들의 동역학적 거동 면에서 분명한 차이를 나타낸다.Comparing the two photopolymers prepared using the conventional thermoplastic polymer binder and the binder prepared by the sol-gel method shows clear differences in terms of diffraction efficiency and their kinetic behavior.

도 2에서는 표 1에서 언급한 4가지 시료에 있어서의 가시광 조사 시간에 따른 회절 효율의 변화 현상을 보여주고 있다. 단량체의 농도가 가장 높은 경우(바인더:단량체=61.1:36.7) 에 가장 높은 포화 회절효율을 나타내었으며, 다른 포토폴리머에 비해 초기에 급격한 증가현상을 관찰할 수 있었다. 도 3에서는 기존의 열가소성 고분자 바인더를 이용한 비교예에서 기술한 포토폴리머의 회절효율의 변화 거동과 실시예 1에서의 (라) 시료의 회절효율의 동적 거동을 같은 조사광원과 같은 광강도 하에서 그들을 같이 비교하여 보았다. 그림에서 (가)는 졸겔 바인더를 사용 시 회절 효율의 증가거동을 나타낸 것이고, (나)는 비교예 1의 포토폴리머의 회절효율 증가 거동을 나타낸 것이다. 두 가지 포토폴리머에서 가장 뚜렷한 차이는 회절격자 형성 속도가 졸겔 바인더를 사용 시 매우 빠르게 나타났다는 점이다. 이는 졸겔 매질의 선천적인 낮은 유리전이온도와 그로 말미암은 비교적 큰 자유부피로 말미암아 단량체의 확산을 촉진 시켜주고, 확산된 단량체들이 중합 시 실리콘 원자에 결합 되어있고 축합 반응이 아직 일어나지 않은 히드록시기의 수소의 이동에 의해 일어나는 사슬 이동 연쇄 반응에 의해 작은 분자량의 사슬 형태이지만 고분자로의 높은 전환율이 나타날 수가 있다는 점이 이 현상을 나타내게 해준다.2 shows the phenomenon of change in diffraction efficiency with visible light irradiation time in the four samples mentioned in Table 1. The highest saturation diffraction efficiency was obtained at the highest monomer concentration (binder: monomer = 61.1: 36.7), and a sharp increase was observed initially compared to other photopolymers. FIG. 3 shows the change behavior of the diffraction efficiency of the photopolymer described in the comparative example using the conventional thermoplastic polymer binder and the dynamic behavior of the diffraction efficiency of the sample of (D) in Example 1 under the same light intensity under the same irradiation light source. Compared to In the figure, (A) shows the increase of the diffraction efficiency when using the sol-gel binder, (B) shows the increase of the diffraction efficiency of the photopolymer of Comparative Example 1. The most obvious difference between the two photopolymers is that the rate of grating formation was very fast with the sol-gel binder. This facilitates the diffusion of the monomers due to the inherent low glass transition temperature of the sol-gel medium and the relatively large free volume, and the migration of hydrogen in the hydroxy group in which the diffused monomers are bonded to the silicon atoms during polymerization and the condensation reaction has not yet occurred. This phenomenon is indicated by the chain transfer chain reaction caused by the high molecular weight, but high conversion to the polymer.

이것은 광 간섭에 의해 굴절률 변조 과정 중, 지지층으로 사용되는 졸겔 바인더와 새로이 형성된 고분자와 물리적인 결합에 의해 혼합되어 있는 기존의 형태에서 바인더 제조 시 독특하게도 중합이 아닌 가수분해와 축합반응이라는 저온 공정에 의해 실리콘 옥사이드 매질을 형성하고 기존의 열가소성 고분자 바인더를 사용하였을 때 보다 매우 빠른 격자 형성 속도와 높은 회절효율 달성에 기여한 것으로 확인해 볼 수 있다.It is uniquely used in the low temperature process of hydrolysis and condensation reaction, not polymerization, in the conventional form in which the sol-gel binder used as the support layer and the newly formed polymer are mixed by physical bonding during the refractive index modulation process by optical interference. By forming a silicon oxide medium and using a conventional thermoplastic polymer binder it can be seen that contributed to achieve a very faster lattice formation rate and high diffraction efficiency.

결국 본 연구에서 발명의 핵심은 이러한 졸겔 방법에 의해 제조될 수 있는 실리콘 옥사이드 매질을 바인더로 사용함으로써 포토폴리머의 홀로그램구현을 위한 격자형성 속도의 탁월한 향상과 더불어 광회절 효율을 향상시킬 수 있다는 데 있다.In conclusion, the key point of the present invention is that by using a silicon oxide medium prepared by the sol-gel method as a binder, the optical diffraction efficiency and the optical diffraction efficiency can be improved as well as the lattice formation rate for the hologram of the photopolymer. .

이상의 설명으로부터 명백하게 기술된 바와 같이 본 발명의 졸겔 방법에 의해 제조될 수 있는 실리콘 옥사이드 매질을 바인더로 사용하는 포토폴리머 화합물은 홀로그래피 소자제작을 위한 재료로 응용 시 우수한 박막의 제작이 가능하고, 두 빔의 광조사에 의해 용이하게 높은 회절 효율과 또한 생성된 홀로그램의 안정성이 증진되는 효과를 나타내는 새로운 포토폴리머 화합물이다.As apparent from the above description, a photopolymer compound using a silicon oxide medium prepared as a binder by the sol-gel method of the present invention as a binder can be produced as a material for manufacturing a holographic device, and can be manufactured with excellent thin films. It is a new photopolymer compound that shows the effect of easily increasing the diffraction efficiency and the stability of the resulting hologram by light irradiation.

도 1은 본 발명에 따른 졸겔 포토폴리머 매질 제조를 위해 사용되는 트리알콕시 실란 화합물의 예를 들고 그로부터 제조되는 매질의 내부구조에 대한 모식도를 나타낸 것이다.1 shows an example of the trialkoxy silane compound used for preparing the sol-gel photopolymer medium according to the present invention and shows the internal structure of the medium prepared therefrom.

도 2는 실시예 1을 통하여 제조된 포토폴리머의 홀로그램의 제작 시, 간섭패턴을 형성하는 두 빔의 강도의 변화에 따른 각각의 회절효율의 광 조사시간에 따른 변화를 보인 것이다.Figure 2 shows the change in the light irradiation time of the respective diffraction efficiency according to the change in the intensity of the two beams forming the interference pattern when manufacturing the hologram of the photopolymer prepared in Example 1.

도 3은 실시예 1에서의 시료 (라)와 비교예 1을 통하여 제조된 포토폴리머의 홀로그램의 제작 시, 두 광원 조사에 의해 격자 형성에 의한 회절효율과 격자 형성 속도의 비교를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the comparison of the grating formation rate and the diffraction efficiency due to the lattice formation by the irradiation of two light sources in the production of the hologram of the sample (D) and the photopolymer prepared in Comparative Example 1 in Example 1.

Claims (4)

하기 화학식 1과 2 그리고 3의 구조 형태를 갖는 실리콘 알콕시 실란을 이용하여 제조할 수 있는 졸겔 바인더를 함유하는 포토폴리머를 이용한 홀로그램 구현 재료로서의 적용.Application as a hologram implementing material using a photopolymer containing a sol-gel binder which can be prepared using a silicon alkoxy silane having the structural forms of the formulas (1), (2) and (3). 상기 식에서 R 위치에는 CH3, CH2CH3, CH2CH(CH3)CH 3, CH2CH2CH2CH3, CH(CH3)2 등과 같은 크기가 작은 저가의 알킬기가 존재하며, X 위치에는 여하의 지방족 분자단, 또는 방향족 분자단이 위치할 수 있다.In the above formula, at the R position, there is a small-size, low-cost alkyl group such as CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH (CH 3 ) CH 3 , CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2, etc. At the X position any aliphatic molecular group or aromatic molecular group can be located. 제 1항에 있어서 사용된 실란을 이용하여 유기용제에 용해시키고, 여하의 산 또는 염기를 이용하여 가수분해 시키고, 부분 축합 시킨 실리콘 옥사이드 점성 용액의 포토폴리머 바인더 제조를 위한 응용.An application for preparing a photopolymer binder of a silicon oxide viscous solution, which is dissolved in an organic solvent using the silane used in Claim 1, hydrolyzed using any acid or base, and partially condensed. 제 1항에 있어서, 상기 분자단 X 위치에 하기 구조를 갖는, 시나모일기, 찰콘기, 안트라센기, 쿠마린 등과 같이 자외선 조사에 의해 환상 부가 반응을 일으킬 수 있는 여하의 화합물들이 위치 할 수 있으며, 새로이 형성된 고분자 사슬이나, 지지체의 고분자 사슬 운동에 기하학적 제약을 줄 수 있는 화합물. 여기서 A는 전자 주게 또는 받게 치환기를 의미한다.The compound according to claim 1, wherein any compound having the following structure at the molecular group X position, such as cinnamoyl group, chalcone group, anthracene group, coumarin, etc., may cause cyclic addition reaction by ultraviolet irradiation, Newly formed polymer chains or compounds that can impose geometric constraints on the polymer chain movement of the support. Where A is an electron donor or a substituent. 또는or 제 1항에 있어서, 화합물 2계열의 실란에서 상기 분자단 X가 하기 구조를 갖는 화합물 및 그를 이용하여 확산되는 단량체와의 중합 반응에 바인더의 작용기가 참여할 수 있는 실리콘 옥사이드를 제조할 수 있는 화합물. 고분자 바인더의 측쇄와 확산 단량체와의 중합 반응을 특징으로 하는 광기능성 아크릴레이트, 메타크릴레이트 측쇄 고분자 화합물. 여기서 R 은 H 또는 지방족 알킬기 치환기를 의미한다. n 은 0 ∼ 10.The compound according to claim 1, wherein a compound having a structure having the following structure in the silane of Compound 2 series and a compound capable of participating in a functional group of a binder can be produced in a polymerization reaction with a monomer diffused using the compound. A photofunctional acrylate and methacrylate side chain polymer compound characterized by a polymerization reaction between a side chain of a polymer binder and a diffusion monomer. R here means H or an aliphatic alkyl group substituent. n is 0-10. 또는or
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