KR20070091615A - 광 조사에 의해 표면 릴리프 구조 및 광학적 이방성 구조를제조 및 유도하는 방법 및 광활성 필름 - Google Patents

광 조사에 의해 표면 릴리프 구조 및 광학적 이방성 구조를제조 및 유도하는 방법 및 광활성 필름 Download PDF

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조아침 스툼페
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프라운호퍼-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 안게반텐 포르슝에.파우.
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Abstract

광-이성체화, 광-부가환화, 또는 광-유도 재배열 중에서 선택되는 광반응을 수행할 수 있는 잔기(residues)들을 지닌 다가 전해질을 포함하는 물질의 균질 광활성 필름에 있어서, 상기 다가 전해질은 아래 구조식 I 또는 II에 따르는 한개 이상의 구조를 포함하거나, 아래 구조식 III 또는 IV에 따르는 한개 이상의 구조를 포함하며,
[Pol(R*-P-R')]o on + no/x Ax - (I), 또는, no/x Ax + [PoI(R*-P-R')]o on -(II)
[Pol(R1 *-Q-R1')]o on + no/x Ax - (III), 또는,
no/x Ax + [Pol(R1 *-Q-R1')]o on - (IV)
이때, Pol은 다가 전해질의 선형 또는 브랜치형 폴리머 체인의 반복 유닛을 의미하고, o는 다가 전해질의 반복 유닛의 수를 표시하며, (R*-P-R')과 (R1 *-P-R1')은 반복 유닛 Pol의 양/음으로 대전된 n-폴드 사이드 체인들이고,
P는 광-유도 E/Z 이성체화를 수행할 수 있는 기이며,
R*는 반복 유닛 Pol과 기 P에 결합된 아릴-함유형 선택적 치환기나 작용기 중에서 선택되고,
R'은 아릴-함유형 선택적 치환기나 작용기로부터 선택되며,
이때, R*과 R' 중 한가지 이상은 양으로 대전되거나 음으로 대전되고,
Q는 광-부가환화에 참가할 수 있거나, 광-유도 재배열(Photo-Fries reaction)에 참가할 수 있는 기이며,
R1 *는 전자-수용 성질을 가진 선택적 치환기나 작용기 중에서 선택되고, 반복 유닛 Pol과 기 Q에 결합되며,
R1'는 Q와 함께 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리를 형성하는 아릴 기나 한개 이상의 아릴 부분을 포함하거나, 또는, 전자-수용 성질을 가진 선택적 치환기나 작용기들 중에서 선택되고,
이때, R1 *과 R1' 중 한가지 이상은 양으로 대전되거나 음으로 대전되며, 또는, R1' 과 Q를 포함하는 고리 구조나 이에 대한 대체물이 한개 이상의 양전하나 음전하를 지니며,
A는 반대로 대전된 캐타이언이나 애나이언이고,
n은 1, 2, 3, 또는 4이며,
x는 1 또는 2 이고,
o는 2 이상이며,
이때, 한개의 다가 전해질에서, Pol 기, [R-P-R'], 또는, [R1-Q-R1']가 모두 동일한 부호를 가진다는 것을 전제로 하는 것을 특징으로 하는 필름이 공개된다. 본 발명은 필름의 제조 방법, 필름의 이용 방법, 그리고 표면 릴리프 구조를 가진 본 발명의 필름 복제본 제조 방법에 또한 관계한다.

Description

광 조사에 의해 표면 릴리프 구조 및 광학적 이방성 구조를 제조 및 유도하는 방법 및 광활성 필름{PHOTOACTIVE FILM, ITS PREPARATION AND USE, AND PREPARATION OF SURFACE RELIEF AND OPTICALLY ANISOTROPIC STRUCTURES BY IRRADIATING SAID FILM}
본 발명은 독자적인 광화학적 성질을 가진 물질을 형성하는 새로운 종류의 필름에 관한 발명이다. 이러한 새 물질로부터 형성된 산란없는, 광학적으로 선명한 필름이 용이하게 제조될 수 있다. 광에 의해 이 필름들 내부에서 광학적 이방성(광에 의해 유도되는 이색성 및 복굴절)을 발생시킬 수 있고, 광에 의해 표면 릴리프 격자(SRG: Surface Relief Gratings)같은 광학적 표면 구조를 발생시킬 수 있다. 이 물질은 감광성 측쇄(side groups)를 가진 대전 폴리머를 포함하며, 이러한 구조에 의해, 조사(irradiation)시 물질에 광학적 이방성을 발생시킬 수 있는 반응이나, 광유도 재배열 반응, 또는 광유도 부가환화(cycloaddition) 반응에 참가하는 기능을 가지며, E/Z 이성체화를 수행하는 기능을 가진다. 이 물질은 물/알콜, 또는 유기 용매로부터 고체 기판 상에, 또는 두 고체 기판 사이에 필름을 형성한다.
사이드 체인이나 메인 체인으로 스틸벤, 시나메이트, 쿠마린 등등과 같은 광활성 부분이나 아조벤젠을 함유한 비정질 및 액체 결정 폴리머들이 광배향 성(photoorientation)에 의한 이방성 유도에 사용된다는 것은 잘 알려져 있다(K.lchimura, Chem. Rev. 2000, 100, 1847; A. Natansohn et al., Chem. Rev. 2002, 102, 4139; V. 20 Shibaev et al., Prog. Polym. Sci. 28 (2003) 729-836; X. Jiang, et al., WO 98/36298). 아보벤젠 유도체들은 점진적 광 필드에 노출될 때 SRG를 형성하는 기능을 가진다는 것이 잘 알려져 있다(A. Natansohn et al., supra).
여러 다른 종류의 아조벤젠을 함유하는 물질들이 광학적 이방성이나 SRG 발생에 사용되고 있다. 한가지 접근법("guest-host" 시스템)에 따르면, 이는 매트릭스로 폴리머 PMMA와, 수정형 Direct Red 1 아조다이나 4-[4-N-n-hexyl-N-methylamino- phenylazo]-벤젠산같은 광발색성 아조벤젠 유도체의 혼합에 의해 얻을 수 있었다(J. Si et al., APPL. PHYS. LETT. 80, 2000, 359; C. Fiorini et al., Synthetic Metals 115 (2000), 121-125). 그러나, 관찰되는 효과는 매우 미약하다. 왜냐하면, 다이-폴리머 분리에 의해 로우-다이 로딩(low dye loading)이 야기되기 때문이다. 특별히 합성한 다이를 이용할 때, 폴리머 매트릭스의 광발색성 물질에서 비교적 높은 로딩을 관찰할 수 있었다. 이러한 방식에서는 다이-폴리머 분리를 방지할 수 있었다(C. Fiorini et al., see above). 그러나, 이러한 시스템에서 광유도 이색성은 불안정하며, SRG 형성이 효과적이지 않았다(최대 50nm 깊이). 비교적 안정한 복굴절은 Direct Red 1이 매우 높은 Tg 폴리(에테르 케톤)에 도입될 때만 유도되었다. 이 후자의 시스템에서 SRG가 발생될 수 있는지는 알려져 있지 않다. 이러한 물질들은 방향성 홀로그램의 레코딩에 사용되고 있다. 폴리머 물 질에 아조다이 화합물을 화학적으로 결합시킴으로서 더 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 이 물질은 광활성 유닛들과 폴리머 백본 간의 공유 결합을 특징으로 한다. 관측된 결과가 "guest-host" 접근법에 비해 훨씬 우수함은 물론, 이러한 폴리머 물질은 우수한 필름 형성 성질을 가지는 것이 일반적이다. 그러나, 비-환경친화적인 유기 용매가 사용되어야한다. 폴리머의 용해도가 문제가 되기도 하며, 극복하기도 어렵다. 상용 화학물질로부터 이러한 기능 폴리머를 제작하는 데 특별한 합성법이 필요하며, 결과적으로 비용이 상승하게 된다. 더우기, 폴리머의 정제는 역시 어려운 문제다.
최근에는, 글래스 필름을 형성할 수 있도록 특별히 합성된 모노머형 아조벤젠 유도체가 발견되었다(V. Chigrinov et al., 1106 - SID 02 DIGEST; V.A. Konovalov, et al., EURODISPLAY 2002, 529; W.C.Yip et al., Displays, 22, 2001 , 27). 이러한 저분자량 글래스 형성 화합물의 필름에서는 선형 편광 광의 조사(irradiation)에 의해 광학적 이방성이 유도되었다. 더우기, 광-유도 오리엔테이션 및 SRG 형성을 위한 필름들을 확보하기 위해 층단위(LBL: layer-by-layer) 디핑 과정이 이용되고 있다(see e.g. A. M.-K. Park et al, Langmuir 2002, 18, 4532; Ziegler et al., Colloids and Surfaces, A 198-200 (2002), 777-784; V. Zucolotto et al., Polymer 44 (2003), 6129-6133). 이러한 시스템에서, 용이하게 구입가능한 다가전해질, 및, 둘 이상의 이온기, bolaamphiphile 분자를 함유하는 아조벤젠, 이오닌, 또는 아조벤젠부분으로 공유적으로 치환된 다가전해질을 함유하는 저분자량 아조염료가 사용된다. 전형적인 공정에서, 폴리-DADMAC같은 카타이온 다가 전해질의 수용액과, 애나이언 아조벤젠 함유 화합물에 10-20분간 번갈아가며 기판을 담근다(현탁). 각각의 현탁은 약 1nm의 전형적 두께로 기판 표면에 모노층을 형성시킨다. 이 과정을 수없이 반복하여 다층 필름을 얻을 수 있다. 합리적인 두께를 얻기 위해 약 150개의 층들이 요구된다. 최대 700개 층에 이르는 필름을 제작할 수 있다. 최대 120-140nm의 진폭을 가진 SRG를 생성할 수 있고, 이때, 아보벤젠 부분의 광유도 배향을 관측할 수 있다. 이 과정은 성가시고 시간이 많이 걸린다. 더우기, 깊은 SRG를 얻기 위해 두꺼운 필름이 필요하며, 이러한 필름들을 제작도 어렵다.
광발색성 화합물과 폴리머 백본 간에 H-본드를 이용하는 접근법이 또한 사용되고 있다(E. B. Barmatov et al., Polymer Science, Ser. A, VoI 43 (3), 2001 , 285). 이러한 방식으로, 광배향성 기능을 가진 필름들을 얻을 수 있었다.
이러한 범주에서, 컴포넌트들은 쿨롱 인력이나 H-본드에 의해 서로 결합된다. 용액 내 서로 반대로 대전된 이온 부분들 간에 이와 유사한 인력이 가능하다. 묽은 용액에서 다이들과 다가 전해질과의 상호작용이 연구된 바 있다(W. Dawydoff et al., Acta Polym. 1991 , 42, 592). 최근에는, 다가 전해질들과, 사이드 체인으로 다이조설포나토 부분을 함유한 반대로 대전된 다가 전해질 과의 복합체가 솔리드 물질로 제작되었다(A.F. Thunemann et al., Macromolecules 1999, 32, 7414; 2000, 33, 5665). 이러한 물질들에 대한 분자 광화학 및 (광배향성 및 광유도 확산같은) 차후의 광-유도식 물리적 처리는 조사된 바 없다.
요약하자면, 광발색성 아조벤젠 다이의 광화학적 성질을 이용하는 다수의 화 학 시스템들이 과거 수년간 개발된 바 있다. 이러한 조성들에 의해 형성된 필름들은 광학적 이방성을 유도할 수 있고, 또는, 표면 릴리프 격자 구조(SRS)를 생성할 수 있다. 그러나, 효과적이면서도 쉽게 얻을 수 있는 조성물을 열심히 찾아보아도, 앞서 언급한 바와 같은 소정의 단점들이 모두 발견되었다.
아래의 화학적 성질을 가진 물질이 광학적 이방성 및 표면 릴리프 구조를 효과적으로 유도할 수 있으면서도, 제작이 간단한 광활성 필름용 물질로 사용될 수 있음을 본 발명자들이 발견하였다. 이 물질은 광유도 재배열 반응이나, 광유도 부가환화 등에 참여하거나 E/Z 이성체화를 수행하는 기능을 가진 감광성 대전 사이드 그룹들을 가진 폴리머를 포함한다. 가소제, 기존의 유기 올리고머, 또는 폴리머, 그외 다른 감광성 화합물, 다이, 액체 결정 화합물 등등과 같은 추가적인 컴포넌트들이 첨가되어, 체계화 성질 및 필름 성질(가령, 필름의 가요성, 친수성/소수성, 등등)을 수정할 수 있다. 상기 물질은 물/알콜이나 유기 용매로부터 솔리드 기판에 필름을 형성한다. 광을 조사하였을 때 광학적 이방성이나 표면 릴리프 구조들이 이러한 필름에 유도될 수 있다.
본 발명에 적합한 감광성 폴리머는 이성체화 등으로부터 선택된 광 반응, 광 부가환화 반응, 광-유도 재배열을 수행할 수 있는, 대전된 사이드 체인을 가진 다가 전해질이다. 광이성체화를 수행할 수 있을 경우, 폴리머는 식 I 이나 식 II에 따른 구조를 포함한다.
[Pol(R*-P-R')]o on + no/x Ax - (I), 또는, no/x Ax + [PoI(R*-P-R')]o on -(II)
이때, Pol은 다가 전해질의 선형 또는 브랜치형 폴리머 체인의 반복 유닛을 의미하고, o는 다가 전해질의 반복 유닛의 수를 표시하며, (R*-P-R')과 (R1 *-P-R1')은 반복 유닛 Pol의 양/음으로 대전된 n-폴드 사이드 체인들이다.
P는 광-유도 E/Z 이성체화를 수행할 수 있는 기이고,
R*는 반복 유닛 Pol과 기 P에 결합된 아릴-함유형 선택적 치환기나 작용기 중에서 선택되며,
R'은 아릴-함유형 선택적 치환기나 작용기로부터 선택되며, 이때, R*과 R' 중 한가지 이상은 양으로 대전되거나 음으로 대전되며,
A는 반대로 대전된 캐타이언이나 애나이언이며,
n은 1이나 2인 것이 바람직하고, 특히, 1이 바람직한데, 특정한 경우에는 이보다 클 수도 있다(가령, 3이나 4).
x는 1 또는 2 이다.
o는 2 이상이며, 바람직하게는 2와 100 사이의 값이다. 그러나 이보다 클 수도 있다.
P는 아조 기 -N=N- 인 것이 바람직하지만, 이러한 기를 두개 이상 포함하기도 한다. 그러나, 본 발명은 한개 이상의 아조 기를 함유하는 식 I 이나 II의 화합물에 제한되지 않는다. 가령, P는 -C=N-, 또는, -C=C- 일 수 있다. 아릴 부분들 중 한개 이상(두개 모두가 바람직함)이 P 기에 직접 결합되는 것이 선호된다.
다가 전해질 사이드 체닐들이 광 부가환화나 광-유도 재배열을 수행할 수 있을 경우, 폴리머는 아래의 식 III 이나 IV에 따른 구조를 포함한다.
[Pol(R1 *-Q-R1')]o on + no/x Ax - (III), 또는,
no/x Ax + [Pol(R1 *-Q-R1')]o on - (IV)
이때, Q는 (2+2) 첨가나 (4+4) 첨가같은 광 부가환화에 참가할 수 있는 기이거나, 스피로피란을 메로시아닌으로 재배열하는 등(Photo-Fries 반응이라 불림)의 광-유도 재배열에 참가할 수 있는 기이다.
R1 *는 전자-수용 성질을 가진 선택적 치환기나 작용기 중에서 선택되며, 반복 유닛 Pol과 기 Q에 결합된다.
R1'는 Q와 함께 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리를 형성하는 아릴 기나 한개 이상의 아릴 부분을 포함하거나, 또는, 전자-수용 성질을 가진 선택적 치환기나 작용기들 중에서 선택된다.
이때, R1 *과 R1' 중 한가지 이상은 양으로 대전되거나 음으로 대전되며, 또는, R1' 과 Q를 포함하는 고리 구조나 이에 대한 대체물이 한개 이상의 양전하나 음전하를 지닐 것이다.
A, n, x는 식 I 및 식 II에 관하여 앞서 규정한 바와 같다.
광 부가환화가 (2+2) 첨가인 경우에, Q는 -C=C- 또는 -C=N- 본드를 지니는 것이 바람직하며, 특히, -CR2=CR2'- 또는 -CR2=N- 기를 포함하는 것이 선호된다. 이때, R2과 R2'은 H 또는 C1-C4 기 하에서 독립적으로 선택된다. Q가 컨져게이트 pπ-전자 시스템의 일부분인 것이 바람직하다. 각 화합물들의 예로는, 시나메이트, 이민, 스틸벤, 찰콘, 또는 p-페닐렌 디아크릴릭 에스테르나 아미드가 있으며, R1 *과 R1' 중 한개 이상은 선택적 치환기나 작용기 형태의 페닐 또는 그외 다른 아릴/헤테로아릴 고리이며, 다른 하나는 선택적 치환기나 작용기 형태의 페닐기, 또는 그외 다른 아릴이나 헤테로아릴 고리나 카르복실 에스테르 또는 카본아미드 기나 페닐 카보닐 잔기(residue)이다. 이러한 모든 기나 잔기들은 치환되거나 작용될 수 있으며, R1 *과 R1' 중 한개 이상은 반드시 한개 이상의 양전하나 음전하를 지녀야 한다. 대안으로, Q는 말레인산 안하이드라이드 유도체나 티민이나 시토신 유도체, 또는 쿠마린 내에 카르복실 또는 헤테로사이클릭(가령, 아로마 고리)의 일부분인 -C=C-일 수 있다. 상술한 정의에 따르면, R1과 R1' 은 이러한 경우에 Q와 함께 고리 구조를 형성하도록 융화된다. 이 고리 구조의 한개 이상의 원자들, 또는 대안으로 이에 부착된 대체물은 한개 이상의 양전하나 음전하를 각기 지닐 수 있다. 이러한 화합물들이 한개 이상의 양전하나 음전하를 지닐 경우, 본 발명의 범위 내에 포함될 것이다.
특정한 경우에, 광 부가환화가 (2+2) 부가환화가 아닐 경우, Q는 그 백본에 더 많은 원자들을 포함할 수 있고, 가령, Q가 아로마 시스템 내에 융화될 수 있는 C6 고리일 수 있고, 해당 전하를 지닌 적절한 잔기를 지닐 수 있다. 한가지 예는 안트라신 유도체이다. 안트라신은 (4+4) 광 부가환화를 수행하는 것으로 알려져 있으며, 이에 따라, 탄소 원자 9와 10이 인접 원자에 대한 브리지를 형성하여, 샌드위치형 다이머 구조를 형성시킨다.
I~IV의 구조를 가진 폴리머들은 사이드 체인 당 두개 이상의 감광기를 지닐 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머들의 사이드 체인들은 비스아조벤젠이나 트리스아조벤젠 기를 포함할 수 있고, 또한, 다이아크릴 에스테르 화합물(가령, p-페닐렌 다이아크릴 에스테르)를 포함할 수 있다.
R*, R', R1 *, 또는 R1'이 아릴이나 아릴 함유 기일 경우, 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭 고리이거나 이 고리를 포함할 수 있다. 부가적으로, 이 고리가 융화되어 아로마 시스템(가령, 나프탈렌이나 안트라신 시스템)이 될 수 있다. 더우기, 이 고리가 한개 이상의 대체물에 의해 치환되거나 작용될 수 있다.
상술한 정의에 따르면, "작용된다(funtionalize)"는 SO3H같이 전하를 지닌 대체물처럼, 분자에 추가적인 기능을 제시하는 대체물에 의해, 또는, S-H 기나 공중합화가능한 -C=C 기같은 공중합화 또는 폴리첨가의 기능을 제공할 수 있는 대체물에 의해 치환됨을 의미한다. "치환된다(sustitute)"는 그외 다른 대체물을 의미한다.
상술한 바의 화합물들은 아로뮴이나 소듐 염, 클로라이드, 설페이트, 등등같은 상용화된 염들의 종류에 사용될 수 있고, 또는, 해당 이온 복합물을 도출하기 위해 반대로 대전된 다가 전해질과 반응할 수 있는, 카르복실산, 설폰산, 아민, 또는 하이드록시 기를 지닌 화합물 등과 같은 산이나 염기 화합물일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이들은 한개 이상의 전하로 양으로 또는 음으로 대전될 수 있다.
Pol은 에틸렌 유닛 -CH2-CH2- 등등처럼 부가적으로 치환된 폴리알킬렌 유닛일 수 있다. 바람직하게는 C2-C6 폴리알킬렌 유닛이 있다. 이때, 카본 결합 수소 원자들 중 하나는 R* 나 R1 *로 치환된다. 대신에, Pol은 가령, -CH2-CH2-O- 나 -CH2-CH2-NH-처럼, 알킬렌옥사이드나 알킬렌아민(바람직하게는 -C2C6 알릴렌옥사이드나 알킬렌아민)을 포함하거나 이것만으로 구성될 수 있다. C 나 N에 결합된 수소 원자들 중 하나는 R* 나 R1 *로 치환된다. R* 나 R1 *은 카본-카본 본드를 통해 Pol에 결합될 수 있고, 또한, 에테르, 에스테르, 아민, 아미드, 우레아, 가니디노, 또는 설폰아미도, 또는 이에 상응하는 기를 이용하여 Pol에 결합될 수 있다. 설폰아미도 기를 통한 부착이 선호된다. 아미노기가 Pol에 결합되도록 하는 배열(방향)이 가장 선호된다. 상술한 Pol의 실시예에서, Pol 자체는 대전되지 않는다. 이는 전하들이 기 (R*-P-R)이나 (R1 *-Q-R1') 상에 각각 놓임을 의미한다. 이 구조들은 아래와 같이 형성될 수 있다.
[Pol(R*-P-R'n +)]o no/x Ax - (I'), 또는, no/x Ax + [PoI(R*-P-R'n -)]o(II')
[Pol(R1 *-Q-R1'n +)]o no/x Ax - (III'), 또는,
no/x Ax + [Pol(R1 *-Q-R1'n -)]o (IV')
대안으로, 유닛 Pol이 자체적으로 대전된다. 가령, 알킬설포니트 기나 알킬암모늄기를 지닐 수 있다. 이때, 기 (R*-P-R)이나 (R1 *-Q-R1') 기 역시 대전되거나 대전되지 않는다.
I 내지 IV 구조와 관련하여 언급되는 "실질적으로 포함한다(essentially consisting)"는 표현은 상기 구조들이 다가 전해질의 메인 바디를 형성한다는 것을 의미한다. 물론, 유닛 Pol[(R*-P-R')n+]나, 상기 유닛 I ~ IV 중 그외 다른 유닛은 폴리머 체인의 시작 및 끝에 존재할 수 없으며, 상기 유닛들이 부가적인 대체물(가령, 수소, 결국엔 Pol에 결합된 알킬기, 가령, C1-C4)을 지닐 것이라고 이해되어야 한다. 본 발명의 다가 전해질은 Pol의 바로 다음 유닛들을 포함하는 호모폴리머일 수 있다. 대안으로, 코폴리머로 구성될 수 있다(통계적 또는 그래프트 코폴리머). 이러한 범주에서, "주종으로 포함한다(mainly comprising)"는 표현은 Pol 유닛들의 체인이 단절될 수 있다는 점과, 유닛들의 최대 반까지가 다른 2-결합 기들로 대체될 수 있다는 점을 의미한다. 가령, 카본산이나 에스테르 기, 에틸렌 불포화 기, 등등과 같이 어떤 다른 작용기나 비-작용기도 지니지 않는 공중합화 유닛들이나, 감광 사이드 체인을 지닌 상술한 P 또는 Y 를 지니지 않은 Pol 유닛들이, 상기 다른 2-결합 기의 예로 판단할 수 있다. 다른 경우에, 한개 이상의 유닛 [Pol(R*-P-R')n+]이나, 상기 유닛 (Ia ~ IVa) 중임의의 유닛들이 3가 유닛으로 대체되어, 브랜치형 제 2 전해질을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 물질을 확보하기 위해, 상술한 감광성 다가 전해질이 적절한 용매에 용해된다. 다가 전해질이 이온이기 때문에, 양성자성 및 극성 용매에 녹는다. 대부분의 경우에, 양성자성 및 극성 용매는 물이나 알콜, 또는 이 둘의 혼합물을 의미한다. 이 용액은 농도를 높이는 것이 바람직한데, 포화시까지 이르는 경우도 자주 있다. 필름 형성 이전에 적절하다고 판단되는 임의의 단계에서 첨가제들을 공급할 수도 있다. 이 첨가제들은 임의의 단계에서 본 발명의 다가 전해질에 또는 용액에 첨가될 수 있다. 첨가제들의 예로는, 유기 폴리머, 필름 형성 성질을 가진 화합물, 가소제, 액체 결정, 또는 그외 다른 모니터, 저분자량 감광성 화합물 등이 있다.
본 발명에 따른 다가 전해질은 이온 특성으로 인해 비교적 안정적이다. 특히, 이온 성질이 아닌 물질들에 비해 열의 영향에 대해 훨씬 내구적이다. 이러한 물질들(이온 성질을 가지지 않은 물질)은 더 저온에서 연화되는 경향이 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 본 발명의 물질들은 구조형성 후(일례에 해당함) 필름의 가교결합을 수행할 수 있는 한개 이상의 첨가 컴포넌트들과 함께 감광성 다가 전해질을 포함한다. 이러한 컴포넌트들은 다가 전해질의 특정 기들에 결합될 수 있어서 브리지나 유기 네트워크를 형성하는 부가적인 유기 모노머들 중에서 선택될 수 있다. 한 실시예에서, 이 컴포넌트는 광-공중합화나 광-가교결합을 수행할 수 있는 모노머형 감광성 분자들 중에서 선택된다. 광-공중합화나 가교결합의 조건들은, 상술한 바와 같이 "레코딩(SRG 형성)"에 사용되는 것과는 다른 파장이 사용되도록 구성되어야 한다(바람직하다). 또다른 실시예에서, 이 컴포넌트는 열적경화를 일으키기 쉽고, 열처리시 브리지나 가교결합 네트워크를 제공한다(공중합화한다).
용매에 따라, 스핀 코팅이나 캐스팅, 닥터의 블래딩(doctor's blading), 등등과 같은 종래의 필름 형성 기술들 중 임의의 것이 사용되어, 단 한단계만으로 기판에 균질 필름을 제조할 수 있다. 추가적으로, 패턴처리된 필름을 제조하기 위해 잉크-제트 인쇄를 물/알콜 매질을 이용하여 또한 사용할 수 있다. 필름이 기판이나 해당 베이스 층에 증착된 후, 상온에서 공기 등과 같은 매질을 이용하여 건조할 수 있다.
필름의 두께는 요망 분야에 따라 폭넓게 변할 수 있다. 가령, 필름 두께는 10nm~50 미크론 사이이며, 통상적으로는 200nm~5미크론 사이이다. 필요한 경우, 기판과 감광성 물질 필름 사이에, 또는, 필름의 윗면 위 한개 이상의 커버층으로 추가층들이 증착될 수 있다.
본 발명에 따른 광활성 물질은 감광성 특징을 가진다. 이는, 광-유도 E/Z 이성체화나 광-부가환화 반응, 또는 광-유도 재배열 반응을 수행할 수 있는 다가 전해질의 기가 존재하기 때문이다. 편광된 화학적 광으로 균질 조사될 때, 이 물질로 만들 필름에 광학적 이방성이 유도된다. 광학적 이방성은 물질 조성, 처리, 조사 조건 등등에 따라, 안정할 수도 있고, 안정하지 않을 수도 있고, 없어질 수도 있다. 비균질 조사의 경우, 광학적 이방성의 변조 및 필름 표면 변형을 얻을 수 있다. 더욱 놀라운 것은, 표면 필리프 격자 형성을 위해 가장 효과적인 것으로 알려진 아보벤젠 함유 작용 폴리머에 대해 보고된 바에 비해서도, 후자의 공정이 더욱 효과적이라는 점이다. 이러한 측면에서, 본 발명의 물질은 지금까지의 공유 결합 폴리머 시스템에 대해 대체가능한 대안으로 판단될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제시된 물질의 성질들은 여러가지 방식으로 광학적으로 수정될 수 있다. 편광 광으로 균질 조사될 경우, 필름은 이방성으로 변한다. 즉, 복굴절이나 이색성이 유도된다. 이는 편광 조사시 물질의 광-이성체화의 안정 상태에서의 광-배향성(photoorientation) 과정에 기인한다. 가령, E/Z 이성체화를 수행하는 기를 이 물질이 함유할 경우, 광 조사는 이러한 기들의 방향배열을 일으킨다. 광-부가환화나 그외 다른 광반응의 경우에, 각도 선택적인 광-분해나 각도 선택적인 광프로덕트 형성을 관측할 수 있다.
이러한 방식으로 유도된 광학적 이방성은 다시 릴랙스될 수도 있고, 열적으로 또는 광 조사에 의해 소거될 수도 있으며, 또는 안정할 수도 있다. 예를 들어, Z 이성질체가 열역학적으로 안정한 E 이성질체로 다시 릴랙스되기 때문에, E/Z 이성체화에 기초하여 유도되는 방위는 안정할 수도 있고, 릴랙스를 수행할 수도 있으며, 또는, 열적으로나 광화학적으로 소거될 수도 있다. 따라서, 아조벤젠 시스템의 광학적 이방성은 일시적으로 유도되는 것에 지나지 않는다(이와 함께 형성되는 표면 릴리프 격자는 아래 설명되는 바와 같이 장기간동안 안정하다). 그러나, 광부가환화로 인한 광학적 이방성 및 표면 릴리프 격자는 안정하게 유지된다. 왜냐하면 이 반응이 가역적이지 않기 때문이다. 광학적 이방성의 안정성은 추가적인 경화나 가교결합을 실현하는 물질을 이용함으로서, 또는 필름 내에 유기 네트워크를 구축함으로서 또한 얻을 수 있다. 이러한 경우에, 광에 의해 유도된 광학적 이방성은 상기 이방성 유도 후 물질이 경화될 때 물질에 "얼어붙을 수 있다".
유도 및 릴랙스 과정의 속도는 조사/소거 광의 매개변수들이나 온도를 조절함으로서 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 편광자나 리타더(retarder)같은 다양한 박막 편광 소자들이 생성될 수 있다(영구적 방식이나 광학적으로 스위칭가능한 방식 등이 있음). 이러한 물질에서 복굴절이나 이색성이 광학적으로 유도되어 변화하는 것은, 광학적 데이터 저장 용도에도 효과적으로 사용될 수 있으며, 가역적일 경우에는 광학적 처리에도 사용할 수 있다.
필름을 비균질 광으로 조사할 경우, 즉, 복사광의 강도나 편광이 공간적으로 변조되는 경우, 이때 유도되는 이방성은 필름을 통해 상응하게 변조된다. 한가지 예로는 마스크를 통한 광 조사가 있다. 이러한 방식으로, 픽셀 박막 편광 소자들이 제작될 수 있다. 또다른 예는 간섭 패턴을 이용한 광 조사이다. 즉, 홀로그래픽 조사 방식이다. 이러한 방식으로, (편광 빔 스플리터나 편광 디스크리미네이터같은) 투과 또는 반사 모드로 동작하는 다양한 홀로그래픽 광학 소자들이 구현될 수 있다.
더우기, 표면 릴리프 구조들은 편광된 광을 이용한 비균질 조사(가령, 홀로그래픽, 마스크, 또는 니어-필드 노광)에 의해 본 발명의 물질로 만든 필름의 자유 표면에 표면 릴리프 구조가 생성될 수 있다. 표면 릴리프 구조들은 E/Z 광 이성체화 반응이나 광 부가환화나 광유도 재배열 반응(가령, 고리 형성으로 인한 수축에 의해 야기됨)에 따라 광유도 매스 트랜스포트의 결과일 수 있다.
본 발명의 물질로 만든 필름이 비균질 방식으로 조사될 경우, 표면 릴리프 구조들의 형성은 비균질 광학적 이방성의 발생과 함께 관측될 수 있다. 그러나, 필요할 경우,두 기판 사이의 필름에 광을 조사함으로서 SRG의 형성을 억제시킬 수 있다. 표면 릴리프 구조의 가역성 및 비가역성에 대하여, 광학적 이방성의 발생에 대해 앞서 설명한 바와 같은 원리가 적용된다.
발생되는 릴리프 구조의 측방 크기는 (니어-필드로 조사하는 경우) 수십 나노미터 수준에서부터 (홀로그래픽 조사의 경우) 미크론 단위 수준까지에 이른다. 릴리프 형성 효율은 오조벤제 작용 폴리머에 대해 보고된 값들(0.6 미크론의 변조 깊이가 첫번째로 달성됨, 최적화 테스트 결과는 아님)과 비교할만한다. 본원의 물질로 기록된, 그리고 공지 기술의 사이드 체인 아조벤젠 폴리머로 기록된 SRG의 원자력 현미경(AFM) 이미지들이 도 1에 도시되어 있다.
표면 릴리프 구조의 가역적 형성이 가능한 물질이 선택될 경우, 레코딩 과정의 가역성으로 인해, 물질 도포에는 여러가지 독자적인 방식들이 있다. 릴리프 구조가 레코딩된 경우, 이는 다시 오버라이트될 수 있다. 이에 따라, 간단한 컴포넌트들을 중첩시킴으로서 복잡한 표면 구조들을 레코딩시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 간단한 1차원 구조의 연속적 레코딩에 의해 다차원 구조들이 실현될 수 있다. 비-사인파형 프로파일을 가진 격자들이 퓨리에 컴포넌트들의 연속 레코딩에 의해 형성될 수 있고, 또는, 임의의 레코딩된 구조가 교정되는 지점에 놓일 수 있다. 이 프로세스의 가역성으로 인한 또다른 잇점은 필름을 다수회 이용가능하다는 것이다. 피로없이 매우 높은 빈도의 기록 사이클이 가능하다. 다른 한편, 상술한 바와 같이 첨가제를 이용하여 물질에 생성될 경우, 최종 릴리프 구조는 열적으로, 또는 플룻 노출(flood exposure)(즉, 전체 필름의 노출) 등에 의해 "얼어붙거나" 고착되어, 가교결합 등을 얻을 수 있고, 릴리프의 파괴를 방지할 수 있다.
이러한 방식으로, 다양한 릴리프 홀로그래픽 소자들, 가령, 회절 격자, 빔 커플러, 빔 멀티플렉서, 스플리터나 디플렉터, 프레스넬 렌즈, 등등이 생성될 수 있다. 구조형성된 필름들은 광학적 소자에만 적용할 수 있는 것이 아니다. 반사방지층으로, 또는, 수정형 습윤/습윤제거 성질을 가진 표면으로, 또는, 액정 정렬을 위한 커맨드 표면으로, 또는, 입자의 자체 조직화를 위한 템플릿으로, 원스텝 광학 구조형성 표면들이 사용될 수 있다.
표면 필리프 구조가 본 발명에 따라 제조된 경우, 이러한 구조들은 다양한 종류의 물질을 이용하여 복제될 수 있다. 복제는 한번에 또는 여러번에 수행될 수 있다. 복제본은 복제를 위한 템플릿으로 다시 이용될 수도 있다. 복제용으로 유용한 물질들이 당 분야에 잘 알려져 있다. 그 예로는 폴리실록산, 구체적으로, 폴리디메틸실록산이 있다. 이러한 물질들은 SRG의 미세 구조를 충진시키기 위해 충분히 낮은 점도를 가지는 수지로 제조될 수 있으며, 복제 후 건조 또는 경화되어 안정한 물질을 도출한다. 그외 다른 예로는 금속 용액으로부터 전기화학적 증착 등을 통해 에네-티올 조성이나 금속, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 수지 등이 있다. 초기 표면 릴리프 구조는 필요시, 적절한 용매를 이용하여 복제로부터 씻겨질 수 있다.
본 발명의 물질들은 다음과 같은 장점들을 가진다. 이 물질들은 저렴한 상용 물질로 제작할 수 있다. 즉, 상용화된 다가 전해질 및 광이색성 유도체(이온 기를 가짐)로 제작할 수 있다. 제조 시에, 그리고 재료 및 시스템(멀티-컴포넌트 시스템)의 조성 측면에서, 탄력적인 측면(flexibility)이 크다. 용매로 환경친화적 매체인 물이나 알콜을 이용할 수 있다. 복합체 및 형성물이 물이나 알콜같은 양성자성 용매로 제조되기 때문에, 필름들이 폴리머나 그외 다른 (비-이온성) 기판에 용이하게 제조될 수 있고, 또는, 폴리머 필름 제작에 통상적으로 사용되는 유기 용매에서 안정하지 않은 그외 다른 폴리머와 조합될 수 있다. 그러나, 물/알콜 매질로부터 또다른 층을 형성할 수 있다. SRG를 복제하는 경우에, 또는 그외 다른 폴리머나 비-폴리머 물질을 이용하여 그외 다른 형태의 표면 구조 를 복제하는 경우에, 광유도 구조를 가진 초기 감광성 필름은 용매로 씻겨질 수 있다. 이방성 필름 및 표면 릴리프 구조들이 값비싼 합성 및 광이색성 폴리머의 정제(purification)없이 새 물질을 이용하여 제조될 수 있다. 광이색성 폴리머 정제의 경우, 광이색성 유닛은 폴리머 백본에 공유결합 방식으로 결합되어야 한다. 물질을 이용할 때 이온적 성질로 인해, 필름과 이 필름으로 만든 물품(가령, SRG)은 열적으로 안정하다. 최소한 섭씨 150 ~ 250도까지는 안정하다.
우수한 화학적 및 물리적(광학적, 기계적) 성질로 인해, 본 발명의 물질은 다양한 기술 분야에 사용될 수 있고, 특히, 광학, 데이터 저장, 그리고 통신 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 물질이 감광성 매체, 광학적 소자, 작용 표면, 또는 템플릿으로 사용될 수 있다. 상기 소자들은 가령, 회절 소자, 편광 소자, 포커싱 소자, 또는 이러한 소자들의 조합일 수 있다. 광유도 성질이 가역적일 경우, 이들은 광학적 스위칭이나 광학적/열적 스위칭을 위한 소자로 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 이 물질은 청구범위 제 27 항 또는 제 28항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 더우기, 광유도 성질이 가역적일 경우, 실시간 홀로그래피나 광학적 정보 처리를 위한 매체로 사용할 수 있다. 대안으로, 감광성 매체가 비가역적 또는 가역적 광학 데이터 기록을 위한 매체일 수 있다. 데이터 기록이 가역적일 경우, 기록되어 있는 정보가 광 조사나 가열에 의해 제거될 수 있고, 필요할 경우, 또다른 기록 사이클이 가능하다. 또다른 경우, 이 물질이 템플릿으로 사용될 수 있다. 이 경우, 템플릿 표면은 또다른 물질에 복제하기 위한 표면이거나, 액정 정렬이나 입자의 자체 정렬을 위한 커맨드 표면일 수 있다. 이 표면은 습윤/습윤제거, 경도, 반사, 그리고 산란 등등에서 선택되는, 물질의 화학적, 기계적, 광학적 성질을 결정할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 물질에 기록된 SRG의 AFM 이미지(예 1).
도 1b는 poly((4-(4-trifluoromethylphenylazophenyl- 4-oxy)butyl)methacrylate)-co-poly((2-(4-cyanobiphenyl-4- oxy)ethyl)methacrylate)에 기록된 SRG의 AFM 이미지(예 2).
도 2는 교번적 조사 하에서 두 상태들 간의 스위칭 및 투과 프로브 빔의 직교 편광 컴포넌트들의 강도를 도시하는 그래프.
도 3은 동일 물질의 편광각에 대한 500nm 파장 흡수율의 극좌표도.
도 4는 상기 물질에 SRG 기록 중 회절 프로브 빔의 운동학 그래프.
도 5는 예 3에 따른 만들어진 배열 격자에 대한 총 DE(Differnet polarization of probe beam) 및 릴리프 진폭의 도면.
예 1
"레코딩(Recording)"
상온의 밀폐 챔버 내에서 글래스 기판에 1ml의 MeOH에 대한 30mg의 poly{1 -[4-(3-carboxy-4-hydroxyphenylazo)benzenesulfonamido]-1 ,2-ethanediyl, sodium salt} (PAZO) (Aldrich) 용액을 캐스팅함으로서 2.5 미크론 두께의 필름이 제조되었다. 공기 중에 20시간동안 상온에서 건조한 후, 입사 평면에 대해 +/- 45도 각도의 편광 평면들을 가진 채로 두개의 선형 직교 편광 빔에 의해 형성되는 간섭 패턴으로 2시간동안 이 필름에 광을 조사하였다. 조사 파장은 488 nm였고, 두 빔간 각도는 약 12도였다. 이에 따라, 2.3 미크론의 주기가 나타났다. 간섭하는 빔들의 강도는 250 mW/cm2였으며, 조사 시간은 40분이었다. 레코딩된 1차 회절 효율은 35%로 측정되었으며, 이 레코딩의 운동학적 결과가 도 4에 제시되어 있다. AFM 이미지가 도 1a에 제시되어 있다.
Figure 112007042155570-PCT00001
예 2.
"Photoinduced Anisotropy(광유도 이방성)"
상온의 밀폐 챔버 내에서 글래스 기판에 1ml의 MeOH에 대한 30mg의 poly{1 -[4-(3-carboxy-4-hydroxyphenylazo)benzenesulfonamido]-1 ,2-ethanediyl, sodium salt} (PAZO) (Aldrich)의 용액을 캐스팅함으로서 2.5 미크론 두께의 필름이 제조되었다. 상온 및 대기 분위기에서 20시간동안 건조한 후, 488nm 및 250 mW/cm2의 선형 편광 광으로 이 필름을 조사하였다. 유도된 복굴절은 안정하였으나, 적절한 편광 광에 의해 소거될 수 있었으며, 다른 방향으로 다시 유도될 수 있었다(도 2 참고). 유도된 이방성은 편광된 자와선-vis 분광계에 의해 조사되었다(도 3, 극좌표도). 광학적 이색성의 값은 500nm에서 D=0.19로 판명되었다.
예 3.
"Orientaion Grating Recording(방위 격자 레코딩)"
상온의 밀폐 챔버 내에서 글래스 기판에 1ml의 MeOH에 대한 30mg의 poly{1- [4-(3-carboxy-4-hydroxyphenylazo)benzenesulfonamido]-1 ,2-ethanediyl, sodium salt} (PAZO) (Aldrich)의 용액을 캐스팅함으로서 2.5 미크론 두께의 필름이 제조되었다. 상온 및 대기 분위기에서 20시간동안 건조한 후, 두개의 원형 수직 편광 빔에 의해 형성되는 간섭 패턴으로 20분간 필름을 조사하였다. 조사 파장은 488nm였고, 빔간 각도는 12도여서, 2.3 미크론의 주기가 도출되었다. 간섭 빔들의 강도는 250 mW/cm2였다. 레코딩된 SRG의 총 회절 효율은 최대 55%로 측정되었다(도 5 참조).
도 5는 예 3에 나타난 방위 격자에 대한 총 DE(different polarization of probe beam)와 릴리프 진폭을 나타낸다.
예 4.
"Stability of Orientation Grating(방위 격자의 안정성)"
방위 격자는 5분간 예 3에서 기술한 바와 같이 기록되었다. 릴랙스 이후 격자는 DE의 40%만을 소실하였다. 섭씨 100도에서 1시간동안 어닐링을 실시하였지만 DE 손실이 없었다.
예 5.
"Surface Relief Grating Stability(표면 릴리프 격자 안정성)"
예 1에서 설명한 바와 같이 SRG가 기록되었다. 섭씨 200도에서 SGR를 가진 필름을 어닐링 처리해도 격자 깊이에는 변화가 없었다. 섭씨 200도에서 6시간 이상 가열하여도 DE가 별반 감소하지 않았다.

Claims (40)

  1. 광-이성체화, 광-부가환화, 또는 광-유도 재배열 중에서 선택되는 광반응을 수행할 수 있는 잔기(residues)들을 지닌 다가 전해질을 포함하는 물질의 균질 광활성 필름에 있어서, 상기 다가 전해질은 아래 구조식 I 또는 II에 따르는 한개 이상의 구조를 포함하거나, 아래 구조식 III 또는 IV에 따르는 한개 이상의 구조를 포함하며,
    [Pol(R*-P-R')]o on + no/x Ax - (I), 또는, no/x Ax + [PoI(R*-P-R')]o on -(II)
    [Pol(R1 *-Q-R1')]o on + no/x Ax - (III), 또는,
    no/x Ax + [Pol(R1 *-Q-R1')]o on - (IV)
    이때, Pol은 다가 전해질의 선형 또는 브랜치형 폴리머 체인의 반복 유닛을 의미하고, o는 다가 전해질의 반복 유닛의 수를 표시하며, (R*-P-R')과 (R1 *-P-R1')은 반복 유닛 Pol의 양/음으로 대전된 n-폴드 사이드 체인들이고,
    P는 광-유도 E/Z 이성체화를 수행할 수 있는 기이며,
    R*는 반복 유닛 Pol과 기 P에 결합된 아릴-함유형 선택적 치환기나 작용기 중에서 선택되고,
    R'은 아릴-함유형 선택적 치환기나 작용기로부터 선택되며,
    이때, R*과 R' 중 한가지 이상은 양으로 대전되거나 음으로 대전되고,
    Q는 광-부가환화에 참가할 수 있거나, 광-유도 재배열(Photo-Fries reaction)에 참가할 수 있는 기이며,
    R1 *는 전자-수용 성질을 가진 선택적 치환기나 작용기 중에서 선택되고, 반복 유닛 Pol과 기 Q에 결합되며,
    R1'는 Q와 함께 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리를 형성하는 아릴 기나 한개 이상의 아릴 부분을 포함하거나, 또는, 전자-수용 성질을 가진 선택적 치환기나 작용기들 중에서 선택되고,
    이때, R1 *과 R1' 중 한가지 이상은 양으로 대전되거나 음으로 대전되며, 또는, R1' 과 Q를 포함하는 고리 구조나 이에 대한 대체물이 한개 이상의 양전하나 음전하를 지니며,
    A는 반대로 대전된 캐타이언이나 애나이언이고,
    n은 1, 2, 3, 또는 4이며,
    x는 1 또는 2 이고,
    o는 2 이상이며,
    이때, 한개의 다가 전해질에서, Pol 기, [R-P-R'], 또는, [R1-Q-R1']가 모두 동일한 부호를 가진다는 것을 전제로 하는 것을 특징으로 하는 필름.
  2. 상기 구조 I 내지 IV가 아래의 구조식을 가지는 것을 특징으로 하는 필름.
    [Pol(R*-P-R'n +)]o no/x Ax - (I'), 또는, no/x Ax + [PoI(R*-P-R'n -)]o(II')
    [Pol(R1 *-Q-R1'n +)]o no/x Ax - (III'), 또는,
    no/x Ax + [Pol(R1 *-Q-R1'n -)]o (IV')
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 구조식 I 내지 IV의 P 기와 Q 기는 -N=N-, -CR2=CR2'- 중에서 선택되고, R2, R2'은 H, CN이나 C1-C4 알킬, 그리고 전자-컨져게이트 시스템에서 두개 이상의 -N=N- 나 -CR2=CR2'-을 함유한 기 중에서 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 필름.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조식 I 또는 II에서, R, R'의 아릴 부분은 P 기에 직접 결합되고, 상기 구조식 III 또는 IV에서, R1과 R1'은 Q에 직접 부착된 아릴 부분과, -C(O)O-와 -(CO)NR3 중에서 선택되며, 이때, R3은 H 또는, 알킬이나 아릴의 선택적 치환기인 것을 특징으로 하는 필름.
  5. 제 1 항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다가 전해질의 사이드 체인 들은 모노아조 기, 비스아조 기, 트리스아조 기 중에서 선택되며, 아조벤젠 기, 비스아조벤젠기, 트리스아조벤젠기 중에서 선택될 수 있으며,
    스틸벤 기, 시나메이트 기, 이민, 안트라센 기, 쿠마린 기, 찰콘 기, p-페닐렌 디아크릴레이트 또는 디아크릴아미드, 티민 유도체, 시토신 유도체, 메로시아닌/스피로피란, 그리고 말렌산 안하이드라이드 함유 기 중에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 필름.
  6. 제 1 항 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서, R*과 R1 *은 카본-카본 본드를 통해 모노머 유닛 Pol에 결합되며, 또는, 에테르, 에스테르, 아민, 아미드, 우레아, 가니디노, 또는 설폰아미도 기를 이용하여 모노머 유닛 Pol에 결합되는 것을 특징으로 하는 필름.
  7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 감광성 화합물, 액정, 가소제, 필름 형성 기능을 가진 화합물, 유기 폴리머 중에서 선택될 수 있는, 물질의 성질을 변화시키는 한개 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 필름.
  8. 제 7 항에 있어서, 필름 물질은 모노머형 감광성 분자를 추가로 포함하고, 이 분자는 공중합화를 수행할 수 있고, 또는, 광 조사 또는 열처리에 의해 유도되는 가교결합을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 필름.
  9. 제 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 이러한 필름 형성은 환경 친화적 용매(가령, 물-알콜 용액)으로부터 실행될 수 있는 것을 특징으로 하는 필름.
  10. 제 1 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 필름 물질과, 유기 용매에 용해되지만 물-알콜 용액에는 용해되지 않는 추가적인 폴리머 물질을 이용하여 필름들의 스택이 제조되어, 추가 폴리머 물질에 의해 표면 릴리프 구조와 방향성 구조를 적층시킬 수 있고, 따라서, 여러 다른 기능을 가진 물질들에 기초하여 다기능 스택을 제조하고 활성층을 방지하는 것을 특징으로 하는 필름.
  11. 제 1 항 내지 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름은 기판 위에 한개의 층으로 배치되거나, 자체적으로 서있는 필름(free-standing film) 형태로 배치되며, 상기 필름은 부가적으로 패턴처리되는 것을 특징으로 하는 필름.
  12. 제 1 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 한가지 이상의 광학적 성질(가령, 굴절, 흡수, 복굴절, 이색성, 또는, 지로트로피(gyrotropy))이 광 조사시 변경되는 것을 특징으로 하는 필름.
  13. 제 12 항에 있어서, 광학적 성질의 변화가
    a) 물질을 따라 균질적이거나, 또는,
    b) 상기 물질을 따라, 또는 상기 물질의 제한된 영역을 따라 변하는
    것을 특징으로 하는 필름.
  14. 제 13 항에 있어서, 광학적 성질의 변화가 물질을 따라, 또는 상기 물질의 제한된 영역을 따라 변할 때, 광학적 성질은 필름 평면에 틀티된 축을 따라, 또는, 필름 평면에 수직인 방향으로의 변조를 포함하여 1차원, 2차원, 또는 3차원적으로 변조되는 것을 특징으로 하는 필름.
  15. 제 1 항 내지 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름이 기판 상에 위치하거나, 자체적으로 서있는 필름(free-standing film) 형태로 배치되며, 상기 필름의 한개 이상의 표면이 광-유도 릴리프 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 필름.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 릴리프 구조가 1차원 또는 2차원적으로 변조되는 높이를 가진 정규 패턴인 것을 특징으로 하는 필름.
  17. 제 12 항 내지 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 광학적 성질의 유도된 변화와, 유도된 릴리프 구조의 변화는
    a. 가역적이거나,
    b. 비가역적인 것을 특징으로 하는 필름.
  18. 제 17 항에 있어서, a. 가역적일 경우, 광학적 성질의 변화 및 릴리프 구조의 변화가 글래스 전이 온도나 분해 온도 아래에서 주간 광 하에서 유지될 때 안정한 것을 특징으로 하는 필름.
  19. 제 17 항에 있어서, a. 가역적일 경우, 광학적 성질의 변화 및 릴리프 구조의 변화는 광을 이용하여 주기적으로 유도되며, 광학적 또는 열적으로 소거되는 것을 특징으로 하는 필름.
  20. 제 1 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 따른 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은,
    청구범위 제1항에서 규정한 구조식 I, II, III, 또는 IV 중 한가지에 따른 한개 이상의 구조를 포함하는 전해질을 녹이는 단계, 캐스팅, 스핀 코팅, 닥터의 블레이딩(doctor's blading), 또는 기판에 대한 잉크 제트 인쇄를 통해 구현되며, 연속 필름의 형태나 지정 패턴을 가지도록 구현되며, 이 물질은 필름이나 패턴처리 층 전반에 화학적으로 균질의 믹스처로 도포되는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  21. 제 13 항의 a. 에 따른 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 청구범위 제 20항에 규정된 바와 같이 필름을 제조하는 단계와, 균질한 광으로 상기 필름 또또는 상기 필름의 일부를 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  22. 제 13 항의 b.와 제 14 항에 따른 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은,
    청구범위 제20항에 규정된 바와 같이 필름을 제조하는 단계와, 비균질 광으로 상기 필름 또는 상기 필름의 일부분을 조사하는 단계를 포함하며, 두개 이상의 교차하는 코히어런트 빔들의 간섭 패턴에 의해, 또는 마스크에 의해 비균질 광이 제공되는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  23. 제 21 항 또는 22 항에 있어서, 한개 이상의 조사 빔의 파장, 조사 시간, 조사 빔들 및 편광의 수, 조사 빔의 강도, 조사 빔의 입사 각이, 유도되는 광학적 이방성의 변조 종류, 값, 방향을 제어하기 위해 변화하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  24. 제 22 항 또는 23 항에 있어서, 광학적 이방성의 공간 변조를 제어하기 위해 간섭 패턴의 주기나 마스크 간격을 변화시키는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  25. 제 15 항 또는 제 16항에 따른 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은, 청구범위 제20항에 규정된 바와 같이 필름을 제조하는 단계와, 포커싱된 빔을 이용하여 니어 필드(near-field) 방식으로, 또는, 두개 이상의 교차 코히어런트 빔들의 간섭 패턴으로 마스크를 통해 상기 필름을 비균질적으로 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  26. 제 15 항 또는 16항에 따른 필름의 제조 방법에 있어서, 제25항에 규정된 바와 같이 필름을 제조하는 단계와, 제25항의 방법을 이용하여 연속적 조사에 의해 이미 새겨진 구조를 추가적으로 변경(수정 또는 덮어쓰기)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  27. 제 25 항 또는 26항에 있어서, 복잡한 형태를 가진 구조(장방형이 아니고 사인파형이 아닌 형태의 구조)가 다-단계 조사에 의해 제조되며, 요망 프로파일의 퓨리에 컴포넌트에 대응하는 간섭 패턴으로 제조되는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  28. 제 25 항 또는 26 항에 있어서, 복잡한 다차원 구조들이 단-단계 조사에 의해 제조되며, 물질의 위치, 조사 조건, 또는 간섭 패턴에 의해 결과를 달리하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  29. 제 17항의 a. 또는 제18항에 따른 필름의 제조 방법에 있어서, 제21항 내지 제28항 중 어느 한 항에 규정된 바와 같이 필름을 제조하는 단계와, 상기 필름의 전부 또는 일부분을 광으로 균질 조사하거나 가열함으로서 유도된 변화를 소거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 소거 빔의 파장, 조사 시간, 편광, 강도, 입사각과, 가열 온도, 가열 속도, 가열 시간이, 물질의 소거 속도 및 소거 정도, 물질의 최종 상태를 제어하기 위해 변하는 것을 특징으로 하는 필름 제조 방법.
  31. 제 1 항 내지 제 19항에 따른 필름의 이용 방법에 있어서, 상기 필름을 감광성 매체, 광학 소자, 작용 표면, 또는 템플릿으로 이용하는 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  32. 제 17 항 내지 19 항 중 어느 한 항에 따른 필름의 이용 방법에 있어서, 광학적 또는 광학적/열적 스위칭을 위한 소자로 광-유도 성질이 가역적이고, 상기 물질은 청구범위 제29항 또는 제30항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  33. 제 17 항에 있어서, 실시간 홀로그래피나 광학적 정보 처리를 위한 매체로 상기 광-유도 성질이 가역적인 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 광학 소자는 회절 소자, 편광 소자, 포커싱 소자, 또는 상기 소자들의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  35. 제 31 항에 있어서, 감광성 매체는 가역적 또는 비가역적 광학적 데이터 저장을 위한 매체인 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 기록된 정보는 광 조사나 가열에 의해 제거될 수 있으며, 그후, 또다른 기록 사이클이 가능한 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  37. 제 31 항에 있어서, 템플릿 표면은 또다른 물질로 복제를 위한 표면이거나, 액정 정렬이나 입자의 자체 정렬을 위한 커맨드 표면인 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  38. 제 31 항에 있어서, 상기 작용 표면은, 습윤/습윤제거, 경도, 반사, 산란 중에서 선택되는 물질의 화학적, 기계적, 광학적 성질을 결정하는 표면인 것을 특징으로 하는 이용 방법.
  39. 표면 릴리프 구조의 복제본을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    a. 제25항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 제15항 내지 제16항에 따른 필름을 제조하고, 이에 따라 필름 위에 표면 릴리프 구조를 형성하는 단계,
    b. 유기 및 유기-무기 폴리머 또는 금속 중에서 선택된 제 2 물질로 상기 릴 리프 구조의 전부 또는 일부를 도포하는 단계,
    c. 필요시, 상기 제 2 물질을 경화시키는 단계,
    d. 상기 필름의 물질(즉, 제 1 물질)의 표면 릴리프 격자로부터 상기 제 2 물질을 분리시켜서 복제본을 확보하는 단계, 그리고
    e. 상기 표면 릴리프 구조로부터 두개 이상의 복제본을 얻어야 할 경우, 단계 b 내지 d를 반복하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 릴리프 구조의 복제본을 제조하는 방법.
  40. 원본 표면 릴리프 구조의 재현 복제본을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    a. 제25항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 제15항 내지 제16항에 따른 필름을 제조하고, 이에 따라 필름 위에 표면 릴리프 구조를 형성하는 단계,
    b. 유기 및 유기-무기 폴리머 또는 금속 중에서 선택된 제 2 물질로 상기 릴리프 구조의 전부 또는 일부를 도포하는 단계,
    c. 필요시, 상기 제 2 물질을 경화시키는 단계,
    d. 상기 필름의 물질(즉, 제 1 물질)의 표면 릴리프 격자로부터 상기 제 2 물질을 분리시키거나, 적절한 용매로 상기 제 1 물질을 씻겨내서, 복제본을 확보하는 단계, 그리고
    e. 상기 복제본의 네거티브 릴리프 구조를, 유기 및 무기-유기 폴리머 또는 금속 중에서 선택된 제 3 물질로 도포하는 단계,
    f. 필요시, 상기 제 3 물질을 경화시키는 단계,
    g. 상기 제 2 물질의 표면 릴리프 격자로부터 상기 제 3 물질을 분리시켜서 원본 표면 릴리프 구조의 포지티브 복제본을 확보하는 단계, 그리고
    h. 상기 표면 릴리프 구조로부터 두개 이상의 복제본을 얻어야 할 경우, 단계 e 내지 g를 반복하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 원본 표면 릴리프 구조의 재현 복제본을 제조하는 방법.
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