KR20120022066A

KR20120022066A - 광 데이터 저장 매체에서의 추가 염료의 용도

Info

Publication number: KR20120022066A
Application number: KR1020110087085A
Authority: KR
Inventors: 아룬쿠마 나타라잔; 이브게니아 미카일로프나 김; 비키 허즐 왓킨스; 쥴리아 램 이; 패트릭 조셉 맥클로스키; 곽퐁 찬; 매튜 제레미야 미스너; 빅터 페트로비치 오스트로베르코프
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-03-09
Also published as: JP2012053974A; US8343608B2; EP2423917A2; TW201221566A; US20120052232A1; EP2423917B1; CN102399456A; CA2749457A1; EP2423917A3; JP5759308B2; CN102399456B; TWI500674B

Abstract

본 발명은 광 매체(140) 및 상기와 같은 광 매체(140)의 형성 및 용도에 관한 것이다. 몇몇 실시태양에서 상기 광 매체(140) 또는 상기와 같은 매체에 적합한 조성물은 중합체 기질 또는 기재를 포함한다. 염료, 예를 들어 에너지 전달 염료를 예를 들어 하나 이상의 공유 결합에 의해 상기 중합체 기질 또는 기재에 화학적으로 추가한다.

Description

광 데이터 저장 매체에서의 추가 염료의 용도{USE OF APPENDED DYES IN OPTICAL DATA STORAGE MEDIA}

본 발명은 조성물 및 광 데이터 저장 매체뿐만 아니라 상기 광 데이터 저장 매체의 사용 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 역 포화 흡수제(RSA)는 주어진 파장에서 대단히 낮은 선형 흡수를 갖고 상기 파장에서 광을 거의 모두 투과시키는 화합물이다. 그러나, 상기 주어진 파장에서 고 강도 레이저 출력이 가해지는 경우, 낮은 수준의 선형 흡수는, 상기 분자가 보다 높은 흡수 단면을 갖고 동일한 파장에서 고도로 흡수성으로 되는 상태에 이르게 되어, 후속되는 광자를 강하게 흡수하게 될 수 있다. 예를 들어, 다수의 RSA는 532 ㎚의 파장을 갖는 입사 화학 방사선에 충돌 시 광 여기를 경험한다. 상기 파장은 가시 스펙트럼의 녹색 부분 내에 있기 때문에, 상기 RSA를 전형적으로는 "녹색" RSA라 칭할 수도 있다.

최근에, 데이터 저장 시스템 분야에서 몇몇 RSA의 유용성이 발견되었다. 데이터의 판독 또는 기입이, 예를 들어 디스크 상에 광을 비춤으로써 수행되는 광 데이터 저장은 다른 수단들, 예를 들어 자기 매체를 판독하기 위한 자기 민감성 헤드, 또는 비닐 중에 기록된 매체를 판독하기 위한 바늘에 의해 판독해야 하는 매체 중에 기록된 데이터보다 나은 이점들을 제공한다. 그리고, 비닐 매체 중에 저장될 수 있는 것보다 많은 데이터를 더 작은 매체에 광학적으로 저장할 수 있다. 더욱이, 상기 데이터를 판독하기 위해서 접촉이 필요하지 않으므로, 비닐 매체처럼 반복 사용 기간 동안 잘 노후화되지 않는다.

광 데이터 저장 매체는 또한 자기 저장 매체에 비해 다수의 이점을 제공한다. 예를 들어, 자기 디스크 드라이브와 달리, 광 데이터 저장 매체는 데이터의 저장 및 백업, 접속되지 않은 시스템들 간의 콘텐츠 공유, 및 사전기록된 콘텐츠의 분배에 바로 적합한 이동식 매체로서 가장 통상적으로 제공된다. 이동식 자기 매체, 예를 들어 자기 테이프를 이용할 수 있지만, 상기와 같은 매체에 저장된 정보의 수명은 전형적으로는 10 내지 12 년으로 제한되며, 상기 매체는 일반적으로 다소 비싸고, 데이터 접근이 느리다. 대조적으로, 광 데이터 저장 매체는 이동식 기록용 매체 및/또는 사전기록된 매체의 융통성, 빠른 데이터 접근 시간, 소비자 컴퓨터 및 오락 시스템을 충분히 감당할 수 있는 상기 매체 및 드라이브의 확고하고 저렴한 제조를 제공할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 통상적인 광 데이터 저장 매체는 한계가 있다. 먼저, 광 매체의 저장 밀도는 기록 비트의 최소 크기에 대한 물리적 구속에 의해 제한된다. 광 저장의 또 다른 한계는 데이터가 대개 상기 매체의 표면상에 또는 상기 매체 내부에 삽입된 하나 또는 2 개의 별도의 층들에 저장된다는 것이다. 정보를 깊이 방향으로 기록하는 것은 저장 용량을 증가시킬 수 있으나, 그렇게 하는 방법들, 즉 블리칭(bleaching) 및 광 반응은 판독성 마크를 생성시키기 위해 다량의 광 출력을 필요로 한다. 그 결과, 상기 통상적인 3D 기록 방법을 사용하는 기록속도는 느리다. 더욱이, 상기 방법에 사용되는 매체는 전형적으로 광 에너지에 대해 선형 응답을 나타내고, 그 결과 의도하지 않은 삭제, 데이터 손실 등을 없애기 위해서 데이터가 기록된 후에 광에 대한 상기 매체의 감도를 제거하는 일부 기전이 필요할 수도 있다.

홀로그래픽 저장은 데이터를 홀로그램(감광성 매체 중에 2 개 광선의 교차에 의해 생성된 3차원 간섭 패턴의 영상)으로서 나타내는 광 데이터 저장이다. 보다 특히, 디지털 인코딩된 데이터를 함유하는, 기준광선과 신호광선의 중복은 상기 매체의 볼륨 내에 3-D 간섭 패턴을 형성시켜 상기 감광성 매체의 굴절률을 변화 또는 변조하는 화학 반응을 생성시킨다. 상기 변조는 상기 신호로부터의 강도 및 상 정보 모두를 홀로그램으로서 기록한다. 상기 홀로그램은 나중에 상기 저장 매체를 기준광선(이는 상기 저장된 홀로그래픽 데이터와 상호작용하여 상기 홀로그래픽 영상의 저장에 사용된 초기 신호 광선에 비례하는 재구성 신호 광선을 발생시킨다)에만 노출시킴으로써 검색될 수 있다.

홀로그래픽 저장에서의 초기 시도는 페이지를 이용한 접근법, 즉 이 경우 디지털 정보의 비트를 논리 제로들과, 상기 홀로그램을 기록한 반드시 선형인 매체의 '슬라이스'를 횡단하는 배열의 2차원 배열로서 볼륨 홀로그램 내로 인코딩하는 접근법에 의존하였다. 상기 매체의 비교적 큰 볼륨을 사용하였으므로, 페이지를 이용한 접근법을 사용하는데 필요한 기록 및 판독 장비는 복잡하고 값비쌀 수 있으며, 상기 매체 내 판독 또는 기입은 온도 변동 및 진동뿐만 아니라 기입 또는 판독 파장 또는 강도의 작은 변화에도 매우 민감하다.

이러한 단점들의 결과로서, 홀로그래픽 데이터 저장에 대한 보다 최근의 연구는 비트-식 접근법에 초점을 두었으며, 상기 접근법에서는 정보의 각 비트(또는 몇 개의 비트)를, 매체 내의 미시적인 볼륨에 집중되어 판독 광을 반사하는 부위를 생성시키는 홀로그램에 의해 나타낸다. 상기와 같은 집중된 볼륨 홀로그래픽 미세-반사기들을 상기 매체의 볼륨 전체를 통해 다수의 데이터 층들로 배열시킬 수 있다. 상기와 같은 배열에서, 상기 층들 중 데이터의 판독 및 기록은 불가피하게 인접층들을 기록/판독 방사선에 노출되게 하며, 따라서 단일 비트 적용 시 홀로그래픽 데이터 저장에 선형 물질들이 작용하는 것으로 나타났지만, 상기 기입 및 판독 단계 중에 다른 데이터 층들에 영향을 미치지 않으면서 다수의 데이터 층들을 지지할 수 있는 매체를 갖는 것이 보다 이로울 것이다.

비트-식 데이터 저장 접근법을 도모할 수 있는 물질들이, 상기와 같은 물질들에 대한 판독 및 기입에 사용되는 장비를 현재 상업적으로 입수할 수 있거나 또는 쉽게 상업적으로 입수할 수 있는 판독 및 기입 장비를 쉽게 변경시킬 수 있기 때문에 강하게 추구되고 있다. 더욱이, 상기 비트-식 접근법에 의한 홀로그래픽 데이터 저장은 상기 페이지를 이용한 접근법을 사용하여 저장된 홀로그래픽 데이터보다 더 온도, 파장, 강도 변화 및 진동에 확고하다. 홀로그램 및 특히 미세-홀로그램의 기록에 최적으로 유용하기 위해서, 비트-식 데이터 저장 물질은 전형적으로는 비-선형이며, 더욱이, 전형적으로 기록 광에 응답하여 적어도 약 0.005 내지 약 0.05의 굴절률 변화(Δn)를 나타낸다. 궁극적으로, 상기 기록 광에 의해 상기 물질 중에 생성된 굴절률 변조의 크기는 주어진 시스템 형태에 대한 회절 효율을 한정할 것이며, 이는 신호 대 소음 비, 비트 오류율, 및 달성할 수 있는 데이터 밀도로 나타내어진다.

따라서, 상기 기록 광 밀도에 대해 비-선형(또는 "역치") 응답을 나타낼 수 있고 비트-식 홀로그래픽 데이터 저장에 적합한 광 데이터 저장 매체가 여전히 필요하다. 특히, 증가된 용량을 실현할 수 있도록 상기 매체 중에 저장된 홀로그램을 깊이로 제한하는 것이 유리할 것이다. 상기와 같은 데이터 저장 매체를, 주변 매체의 굴절률이 현저하게 변경되지 않고 다양한 깊이에서 홀로그램 효율의 실질적인 저하가 보이지 않도록 하는 방식으로 기입하는 것이 더욱 바람직할 것이다.

하나의 실시태양에서, 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 중합체 기질(matrix) 및 상기 중합체 기질 내에 배치되고 여기 시 광화학적 변화를 겪을 수 있는 반응물을 포함한다. 상기 조성물은 또한 상기 중합체 기질에 화학적으로 결합된 비-선형 증감제(sensitizer)를 또한 포함한다. 상기 비-선형 증감제는 하나 이상의 방사 파장에 노출 시 상기 반응물에 굴절률 변화를 야기한다.

추가의 실시태양에서, 광 데이터 저장 매체를 제공한다. 상기 매체는 중합체 기질, 및 여기 시 광화학적 변화를 겪고, 이에 의해 굴절률 변화를 일으킬 수 있는 반응물을 포함한다. 상기 매체는 또한 상기 반응물이 하나 이상의 방사 파장에 노출될 때 상기 반응물의 여기를 야기할 수 있는 비-선형 증감제를 포함한다. 상기 비-선형 증감제는 상기 중합체 기질에 화학적으로 결합된다.

추가의 실시태양에서, 광 데이터 저장 매체를 제공한다. 상기 매체는 상이한 측 방향 위치 및 깊이에서 형성된 다수의 마이크로홀로그램을 갖는 중합체 기질을 포함한다. 상기 매체는 상기 중합체 기질 내의 중합체들에 화학적으로 결합된 에너지 전달 염료를 또한 포함한다.

본 발명의 상기 및 다른 특징들, 태양들, 및 이점들은 하기의 상세한 설명을 첨부된 도면을 참조하여 읽을 때 보다 잘 이해될 것이며, 도면에서 같은 문자는 도면 전체를 통해 같은 부분을 나타내고,
도 1은 역 포화 흡수를 나타내는 증감제에 대한 상부 삼중항 T_n 여기 상태 흡수 및 생성되는 에너지 전달을 나타내는 도식적인 에너지 수준 다이어그램이고;
도 2는 화학 방사선에 대한 선형 증감제의 반응에 대한 그래프이고;
도 3은 화학 방사선에 대한 역치 증감제의 반응에 대한 그래프이고;
도 4는 광 저장 매체의 횡단면도로, 상기 매체가 선형 증감제를 포함하는 경우의 화학 방사선의 영향 범위, 및 상기 매체가 역치 증감제를 포함하는 경우의 화학 방사선의 영향 범위를 나타내고;
도 5는 본 발명의 태양들에 따른, 도핑 및 추가된 염료 실시태양들에 대한 레이저 강도의 함수로서의 회절 효율에 대한 그래프이고;
도 6은 본 발명의 태양들에 따른, 도핑 및 추가된 염료 실시태양들에 대한 레이저 강도의 함수로서의 감도에 대한 그래프이고;
도 7은 본 발명의 태양들에 따른, 적합한 염료의 제조에서 발생할 수도 있는 화학 반응을 도시하고;
도 8은 본 발명의 태양들에 따른, 페녹시 서브프탈로시아닌의 제조에서 발생할 수도 있는 화학 반응을 도시하고;
도 9는 본 발명의 태양들에 따른, 페녹시 화합물의 제조에서 발생할 수도 있는 화학 반응들을 도시하고;
도 10은 본 발명의 태양들에 따라 발생할 수도 있는 화학 반응들을 도시하고;
도 11은 본 발명의 태양들에 따른, 염료의 산 클로라이드 유도체의 제조에서 발생할 수도 있는 화학 반응을 도시하고;
도 12는 광 데이터 저장 매체의 하나의 실시태양에서 기록된 마이크로홀로그램 배열의 반사율에 대한 그래프이고;
도 13은 60 J/㎠의 고정된 기록 플류언스(fluence)에 대한 강도의 함수로서 광 데이터 저장 매체의 하나의 실시태양의 회절 효율에 대한 그래프이고;
도 14는 본 발명의 태양들에 따른, 폴리비닐 신나메이트의 제조에서 발생할 수도 있는 화학 반응을 도시한다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
100 에너지 수준 다이아그램
102 바닥 상태 흡수
104 시스템간 교차율
106 삼중항 여기 상태 흡수
108 1차 가능한 감쇠 과정 - 내부 전환에 의한 비방사성 경감
110 2차 가능한 감쇠 과정 - 증감제로부터의 에너지 방출
112 반응물 변화에 의한 홀로그래픽 격자의 형성
114 삼중항 에너지
116 T2 상태
118 T1 상태
120 증감제
122 반응물
124 생성물
140 광 데이터 저장 매체
142 화학 방사선이 통과하는 섹션
144 초점
146 레이저
150 회절 효율 - 추가된 염료 물질
152 회절 효율 - 추가된 염료 물질
154 감도 - 도핑된 염료 물질
156 감도 - 도핑된 염료 물질

달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 기술과학 용어들은 본 발명에 개시된 주제에 관하여 당해 분야의 통상적인 숙련가에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에 사용된 바와 같은 "1차", "2차" 등의 용어는 임의의 순서, 양, 또는 중요성을 나타내는 것이 아니라, 오히려 하나의 요소를 또 다른 것과 구분하기 위해 사용된다. 또한, "하나의"란 용어는 양의 제한을 나타내는 것이 아니라, 오히려 언급된 항목의 하나 이상의 존재를 나타내고, "전면", "후면", "기부" 및/또는 "상부"란 용어들은 달리 나타내지 않는 한 단지 설명의 편의성을 위해 사용되며 임의의 하나의 위치 또는 공간적 배향으로 제한하는 것은 아니다. 범위를 개시하는 경우, 동일한 성분 또는 성질에 관한 모든 범위들의 종점은 포함되고 독립적으로 조합 가능하다(예를 들어 "약 25 중량% 이하, 또는 보다 구체적으로 약 5 중량% 내지 약 20 중량%"의 범위는 "약 5 중량% 내지 약 25 중량%"의 범위의 종점 및 모든 중간값들을 포함한다). 양과 관련하여 사용된 수식 어구 "약"은 명시된 값을 포함하며 문맥상 가리키는 의미를 갖는다(예를 들어 특정 량의 측정과 관련된 오차의 정도를 포함한다).

본 발명에 사용된 바와 같이, "회절 효율"은 입사하는 탐침 광선 출력에 관하여 홀로그램 위치에서 측정 시 홀로그램에 의해 반사되는 광선 출력의 분율을 의미하고, 반면에 "양자 효율"은 흡수된 광자가 굴절률 변화를 생성시키는 화학 변화를 생성시킬 확률을 의미한다. "플류언스"는 광학 광선 횡단면의 단위 면적을 횡단한 상기 광선 에너지의 양(예를 들어 주울/㎠로 측정됨)을 의미하고, 반면에 "강도"는 광 방사 선속 밀도, 예를 들어 단위 시간에 광선 횡단면의 단위 면적을 횡단하는 에너지의 양(예를 들어 와트/㎠로 측정됨)을 의미한다.

본 내용은 반응물 및 비-선형 증감제를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 몇몇 실시태양에서, 상기 조성물은 삼중항 여기(T_n; n>1) 시 변화를 겪을 수 있는 반응물 및 비-선형 증감제, 예를 들어 하나 이상의 서브프탈로시아닌(서브-PC) 역 포화 흡수제(RSA)를 포함한다. 상기 비-선형 증감제는 입사하는 화학 방사선을, 예를 들어 하나 이상의 광자의 형태로 흡수하고, 이어서 상기 에너지를 상기 반응물 분자로 전달하여 상기 반응물의 생성물로의 분자 재배열을 유도할 수 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 광 데이터 저장 매체(예를 들어 디스크의 형태로 제공된 매체)에 사용된 비-선형 증감제는 에너지를 상부의 삼중항 상태(T_n, 여기에서 n>1)(매우 짧은 수명(나노초 내지 수 μ(마이크로) 초)을 갖는다)에서 반응물로 전달할 수 있다.

일부 실시태양에서, 본 발명의 비-선형 증감제는 2 개의 광자를, 전형적으로는 연속적으로 흡수할 수 있다. 또한, 일단 본 발명에 개시된 증감제가 상기 흡수된 에너지를 상기 반응물로 전달하였으면, 상기 증감제는 원래 그의 상태로 돌아가며 상기 과정을 몇 번이고 다시 반복할 수도 있다. 따라서 상기 증감제는 에너지를 흡수하고 이를 하나 이상의 반응물로 방출하는 그의 능력이 시간이 지남에 따라 저하될 수는 있지만, 시간이 지남에 따라 실질적으로 소모되지 않는다. 이는 에너지(전형적으로는 단일 광자)를 흡수하여 이를 다른 분자로 전달하지 않고 새로운 구조로의 전환을 겪거나 또는 그렇게 해서 또 다른 분자와 반응하여 새로운 화합물을 형성할 수 있는 광감성 물질로서 통상적으로 공지된 물질과 대조적이다.

하나의 실시태양에서, 상기 비-선형 증감제는 역 포화 흡수(RSA)를 나타내는 서브프탈로시아닌을 포함한다. 통상적인 프탈로시아닌 RSA는 전형적으로는 "녹색" 레이저, 즉 약 532 ㎚의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 레이저와 사용하기에 더 적합한 흡수 스펙트럼 및 비-선형 광 반응을 나타낸다. 그러나, 본 발명의 실시태양에서, 본 발명에서 논의된 상기 서브프탈로시아닌 RSA들 중 몇몇은 532 ㎚에 비해 405 ㎚에서의 실질적인 흡수 투명성으로 인해, '청색' 레이저, 즉 약 405 ㎚의 파장을 갖는 방사선을 사용하는 레이저와 사용하기에 적합하다.

하나의 실시태양에서, 상기 서브프탈로시아닌 RSA는 약 380 ㎚ 내지 약 450 ㎚(예를 들어 약 405 ㎚)의 파장에서 입사하는 화학 방사선에 의한 상기 서브프탈로시아닌 RSA의 광 여기 시 상부 삼중항(T₂) 상태로 진입하여 에너지를 상기 상부의 여기된 삼중항 상태(Tn)로부터 인접한 반응물로 전달할 수 있을 것이다. 서브프탈로시아닌은 중심 금속으로서 붕소 원자, 및 축 방향 리간드를 갖는 원추형 구조를 갖는 14-π-전자 방향족 분자이다.

상기 조성물에 사용되는 비-선형 증감제의 양은 입사하는 화학 방사선의 파장에서 그의 광학 밀도에 따라 변할 수 있다. 상기 증감제의 용해도도 또한 인자일 수 있다. 일반적으로, 상기 증감제를 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 0.002 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 사용할 수 있다.

본 발명의 조성물에 사용되는 반응물(들)은 삼중항 여기 시 변화를 겪을 수 있다. 도 1에 관하여, 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 사용된 반응물 122는 화살표 116으로 나타낸, 증감제 120의 T₂ 상태의 에너지 아래에 있지만, 화살표 118로 나타낸, 증감제 120의 T₁ 상태의 에너지 위에 있는, 화살표 114로 나타낸 삼중항 에너지를 갖는다. 상기 반응물 122는 또한 상기 증감제 120의 상부 삼중항 상태(T₂ 이상)로부터 에너지를 받고 변화를 겪어 생성물 124를 형성할 수 있다.

본 발명에 사용된 바와 같이, "변화"란 용어는 상기 반응물의 임의의 간접적인 광화학적 반응, 예를 들어 광 이량화 또는 이성화를 포함함을 의미한다. 광 이량화는 구조적으로 유사하고/하거나 동일한 종의 여기되지 않은 분자의 첨가를 겪는 전자적으로 여기된 불포화된 분자를 수반하는 2분자 광화학적 과정이다(예를 들어 2 개의 올레핀이 결합하여 사이클로부탄 고리 구조를 형성한다). 상기 반응에 존재하는 공유 결합은 새로운 부분을 생성시키며, 이는 일반적으로 광 생성물로서 분류될 수 있다. "간접적인"이란 단어는 광 이량화 또는 광화학 반응 또는 광 반응 등의 용어와 함께 사용될 때, 반응물이 광자의 흡수로부터 직접 에너지를 받지 않고, 오히려 상기 광자를 먼저 흡수하고 이어서 상기 에너지의 일부를 후속적으로 이량화를 겪는 반응물로 전달하는 또 다른 분자(예를 들어 증감제 또는 매개체)로부터 에너지를 받음을 의미한다.

상기 개시된 조성물의 일부 실시태양들에 사용하기에 적합한 반응물의 예로는 비 제한적으로 (i) 반응물로부터 생성물로 가는데 보다 적은 부피 변화가 필요하도록 이량화를 겪을 수 있는 것들, 예를 들어 상기 반응물의 직접적인 광 여기에 의해서가 아니라 광 여기된 증감제로부터 상기 반응물로의 간접적인 "비-방사 에너지 전달"(본 발명의 경우에, 삼중항에서 삼중항으로의 에너지 전달)에 의해 이량화 과정을 겪는 반응물; (ii) 비-선형 증감제가 2-광자 과정으로부터 에너지를 받아 상기 에너지를 후속적으로 제 2 반응물과 축합하여 생성물을 제공하는 하나의 반응물로 전달하는 것들; (iii) 중합체 주 쇄 상에서 유도체화 시, 매우 큰 굴절률 변화를 제공할 수 있는 것들(상기 변화는 상기 물질의 이용 가능한 용량에 상응한다, 예를 들어 상기 반응물의 >85%가 생성물로 전환되는 경우 약 0.08 이상의 Δn_max 을 성취할 수 있다); 및 (iv) 중합체 주 쇄 상에서 유도체화 시, 분자 간- 및 분자 내 축합 반응을 모두 겪어 그의 소비를 촉진하고, 상기 증감된 광-반응(이는 차례로, 예를 들어 상기 조성물을 포함하는 데이터 저장 매체 내에서 보다 큰 회절 효율 및 보다 짧은 기록 시간을 또한 제공할 수 있다)의 보다 큰 양자 효율의 결과로서 10 J/㎠ 미만의 입사 플류언스와 함께 목적하는 굴절률 변화(Δn)를 제공할 수 있는 것들이 있다.

당해 분야의 통상적인 숙련가들이 인식하는 바와 같이, 홀로그래픽 데이터 저장은 0.005 내지 0.05의 차수(order)로, 주변 물질에 비해 상기 홀로그램 내에 개별적인 프린지들의 굴절률 변화(dn)를 생성시키는 능력을 기본으로 한다. 그러나, 상기 개별적인 프린지들의 굴절률을 측정하는 것은 가능하지 않다. 굴절률(RI) 측정을, 타원해석기로서 공지된 장비와 함께 회전 코팅된 샘플을 사용하여 벌크 물질에 대해 수행할 수 있다. 따라서, 이들 용도에 사용된 반응성 물질들을 먼저, 상기 반응하지 않은 샘플의 RI를 측정하고 이어서 상기 물질의 85% 이상을 반응된 형태로 전환시키고 상기 RI를 재측정하여 dn을 측정함으로써 상기 물질이 최종적으로 이용할 수 있는 dn을 측정하는 시험을 수행하였다. 홀로그래픽 데이터 저장에서, 상기 홀로그램에 관련된 하나의 관련 태양은 소량의 정보를 나타내기에 충분한 양의, 상기 검출기에 역 반사되는(회절되는) 광을 갖는 것이다. 이는 상기 물질의 회절 효율을 측정함으로써 결정될 수 있다. 실험적으로, 비교적 큰 회절 효율을 기록하기 위해서는 비교적 낮은 개구수(NA) 렌즈를 사용하고 비교적 큰 홀로그램을 기입하는 것이 가장 용이하다. 예를 들어, 결합된 파동 이론의 예견을 근거로, 주어진 크기의 굴절률 변조에 대해서, DE는 홀로그램 깊이의 제곱에 대략 비례한다. 상기 홀로그램 깊이는 NA²에 대략적으로 반비례하며, 이는 DE ?1/NA⁴의 전체 의존성을 만든다. 따라서, 상기 DE는 다른 것들 중에서도 특히, 반응성 물질의 응답성, 사용된 렌즈의 NA, 및 홀로그램을 기록하는데 사용된 플류언스의 함수이다. 상기 매개변수들은 종종 홀로그래픽 데이터 저장에 대해 연구중인 실험과 상이하므로, 상기 측정치를 다시 대략적인 dn과의 상관관계를 얻는 것이 물질/시스템의 비교에 적합한 방법일 수 있다.

상기 증감제의 T₁과 T₂ 상태 간의 삼중항 에너지 상태를 갖는 임의의 반응물(들)을 사용할 수 있으며, 따라서 적합한 반응물의 선택은 목적하는 증감제의 선택에 따라 변할 수 있다. 적합한 반응물로는 비 제한적으로 스틸벤이 있다. 본 발명에 개시된 광 저장 매체(예를 들어 광 저장 디스크)에 유용한 것으로 예상되는 스틸벤의 구체적인 예로는 비 제한적으로 트랜스-스틸벤, 메타- (또는) 파라 할로겐(F, Cl, Br, 또는 I) 치환된 스틸벤, 메타- (또는) 파라 트랜스-메틸스틸벤, 트랜스-[메타- (또는) 파라] 나이트로스틸벤, 트랜스-[메타- (또는) 파라] 시아노스틸벤, 트랜스-[메타- (또는) 파라]-메톡시스틸벤, 트랜스-[3,3'] 또는 [4,4'], 또는 [2,4] 또는 [3,4] 다이메톡시, 다이플루오로, 다이브로모, 다이클로로, 다이요오도, 치환된 트랜스-스틸벤, 트랜스-2,4,6-트라이메틸스틸벤, 트랜스-2,2',4,4',6,6'-헥사메틸스틸벤, 또는 이들의 조합이 있다.

훨씬 더 구체적으로, 적합한 반응물은 (E)-1-메톡시-4-스티릴벤젠, (E)-1-플루오로-4-스티릴벤젠, (E)-1-클로로-4-스티릴벤젠, (E)-1-브로모-4-스티릴벤젠, (E)-1-요오도-4-스티릴벤젠, (E)-1-메톡시-3-스티릴벤젠, (E)-1-플루오로-3-스티릴벤젠, (E)-1-클로로-3-스티릴벤젠, (E)-1-브로모-3-스티릴벤젠, (E)-1-요오도-3-스티릴벤젠, (E)-1-시아노-4-스티릴벤젠, 또는 이들의 조합을 포함한다.

더욱 다른 적합한 반응물은 (E)-1,2-비스(4-메톡시페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-플루오로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-클로로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-브로모페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-요오도페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-메톡시페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-플루오로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-클로로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-브로모페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-요오도페닐)에텐, 또는 이들의 조합을 포함한다.

더욱 다른 적합한 반응물은 (E)-1-메톡시-2-(4-메톡시스티릴)벤젠, (E)-1-플루오로-2-(4-플루오로스티릴)벤젠, (E)-1-클로로-2-(4-클로로스티릴)벤젠, (E)-1-브로모-2-(4-브로모스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(4-요오도스티릴)벤젠, (E)-1-메톡시-3-(4-메톡시스티릴)벤젠, (E)-1-플루오로-3-(4-플루오로스티릴)벤젠, (E)-1-클로로-3-(4-클로로스티릴)벤젠, (E)-1-브로모-3-(4-브로모스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-3-(4-요오도스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-3-(4-시아노스티릴)벤젠, (E)-1-메톡시-2-(3-메톡시스티릴)벤젠, (E)-1-플루오로-2-(3-플루오로스티릴)벤젠, (E)-1-클로로-2-(3-클로로스티릴)벤젠, (E)-1-브로모-2-(3-브로모스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(3-요오도스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(3-시아노스티릴)벤젠, 또는 이들의 조합을 포함한다.

다른 실시태양에서, 상기 반응물(들)은 하나 이상의 신나메이트 물질, 신나메이트 유도체, 및 신남아미드 유도체, 예를 들어 최근에 발견되고 2009년 8월 31일자로 출원된, "광 데이터 저장 매체 및 그의 사용 방법"이란 표제 하의 미국 특허 출원 제 12/550,521 호(본 발명의 교시와 직접 모순되지 않는 한 상기 출원의 내용 전체를 임의의 및 모든 목적을 위해 본 발명에 참고로 인용한다)에 개시된 것들을 포함할 수도 있다. 일부 실시태양에서, [2+2] 간접 광 이량화 및 간접 광 중합을 겪을 수 있는 신나메이트 물질을, 405 ㎚에서의 그의 투명성(무시할만한 UV 흡수)에 기인하여, 상기 신나메이트의 선형 블리칭을 최소로 유지시키고 상기 여기된 증감제로부터 오직 삼중항-삼중항 에너지 전달만을 촉진하기 위해 사용할 수 있다. 일부 실시태양에서, 상기 신나메이트 물질은 폴리비닐신나메이트의 총 중량을 기준으로 약 54 중량% 내지 약 75 중량%로 변하는 폴리비닐 주 쇄의 신나메이트 함량을 갖는 폴리비닐신나메이트(PVCm)를 포함할 수 있다.

폴리비닐신나메이트 및 신남아미드 동족체의 예로는 비 제한적으로 폴리비닐신나메이트(PVCm), 폴리비닐 4-클로로신나메이트(PVClCm), 폴리비닐 4-메톡시신나메이트(PVMeOCm), (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐아크릴레이트), (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(4-클로로페닐아크릴레이트), (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(4-메톡시페닐)아크릴레이트), (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐)아크릴아미드, (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴아미드), (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이아릴)비스(3-(4-메톡시페닐)아크릴아미드가 있다. 이들을 하기에 나타낸다:

상기에서

R = H 또는 신나메이트

X = H(폴리비닐신나메이트(PVCm), OMe(폴리비닐 4-메톡시신나메이트(PVMeOCm), 또는 Cl(폴리비닐 4-클로로신나메이트(PVClCm)

상기에서

X = (파라)-H: (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐아크릴레이트), 또는

X = (파라)-Cl: (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴레이트), 또는

X = (파라)-MeO: (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-메톡시페닐)아크릴레이트)

X = (파라)-H: (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐)아크릴아미드), 또는

X = (파라)-Cl: (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴아미드), 또는

X = (파라)-MeO: (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-메톡시페닐)아크릴아미드).

상기 반응물은 보다 효율적인 삼중항 에너지 전달을 촉진하기 위해 비교적 높은 농도로 존재할 수도 있다. 예를 들어, 상기 반응물은 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 상기 조성물 중에 존재할 수 있다.

임의로, 상기 조성물은 상기 증감제에서 상기 반응물로의 상부 삼중항 에너지 전달을 지원하는 매개체를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 매개체의 삼중항 상태(T_1m)는 바람직하게는 (a) 상기 증감제의 삼중항 상태(T_n; n>1) 아래지만 상기 증감제의 T₁ 위에 있고 (b) 상기 반응물의 삼중항 상태(T_1r) 위에, 또는 이상적으로는 약 50 kcal/몰 내지 90 kcal/몰에 있을 것이다.

적합한 매개체의 예로는 비 제한적으로 아세토페논(T₁ ? 78 kcal/몰), 다이메틸프탈레이트(T₁ ? 73 kcal/몰), 프로피오페논(T₁ ? 72.8 kcal/몰), 아이소부티로페논(T₁ ? 71.9 kcal/몰), 사이클로프로필페닐케톤(T₁ ? 71.7 kcal/몰), 데옥시벤조인(T₁ ? 71.7 kcal/몰), 카바졸(T₁ ? 69.76 kcal/몰), 다이페닐렌옥사이드(T₁ ? 69.76 kcal/몰), 다이벤조티오펜(T₁ ? 69.5 kcal/몰), 2-다이벤조일벤젠(T₁ ? 68.57 kcal/몰), 벤조페논(T₁ ? 68 kcal/몰), 폴리비닐벤조페논(T₁ ? 68 kcal/몰), 1,4-다이아세틸벤젠(T₁ ? 67.38 kcal/몰), 9H-플루오렌(T₁ ? 67 kcal/몰), 트라이아세틸벤젠(T₁ ? 65.7 kcal/몰), 티옥산톤(T₁ ? 65.2 kcal/몰), 바이페닐(T₁ ? 65 kcal/몰), 펜안트렌(T₁ ? 62 kcal/몰), 펜안트렌(T₁ ? 61.9 kcal/몰), 플라본(T₁ ? 61.9 kcal/몰), l-나프토나이릴(T₁ ? 57.2 kcal/몰), 폴리(β-나프토일스타이렌)(T₁ ? 55.7 kcal/몰), 플루오레논(T₁ ? 55 kcal/몰), 및 이들의 조합이 있다.

사용되는 매개체(존재하는 경우)의 양은 자가-켄칭(self-quenching), 즉 상기 매개체의 2 개의 삼중항이 서로 만나 상기 매개체의 단일항 상태 및 바닥 상태를 생성시키는 경우를 일으킬 정도로 많아서는 안 된다. 임의의 매개체의 적합한 양은 또한 특정 증감제에 따라 변할 수도 있다. 상기와 같은 고려사항을 유의하면서, 상기 매개체의 유용한 농도 범위는 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다.

상기 제공된 조성물을 상기 조성물의 성질이 이점을 제공할 수 있는 임의의 용도에 사용할 수 있다. 이들의 예로는 비 제한적으로 광 도파관, 구배 렌즈, 광 데이터 저장 매체(예를 들어 광 저장 디스크) 및 디지털 홀로그래픽 영상화가 있다.

광 도파관을 집적된 광 회로의 성분으로서 사용하며 다양한 방식으로 제조할 수 있다. 한 가지 방식은 레이저를 사용하여 감광성 물질을 패턴화시켜, 광을 안내하는 작용을 하는 상이한 굴절률의 "클래딩" 물질에 의해 둘러싸인 하나의 굴절률 물질의 "코어"를 생성시키는 것이다. 일반적으로, 상기 감광성 물질은 선형 응답성이며; 상기 패턴화 레이저의 파장 및 굴절률 변화를 겪는 물질의 흡수가 모두 상기 도파관 내에서 실제로 이동하는 광의 파장으로부터 충분히 떨어진 파장에 있을 것을 요한다. 이는 상기 도파관 광선이 상기 코어를 이동하는 광과 동일하거나 또는 거의 동일한 경우, 상기 광선이 상기 클래딩 물질을 블리칭하고 상기 도파관을 확장시키기 시작할 것이며; 이는 상기 광선을 감손시키고 쓸모없어지게 만들기 때문이다. 그러나, 상기 물질의 경우, 상기 매질은 패턴화 도중 상기 광선의 최고 강도 영역에서만 변화할 것이며, 역치 효과와 함께, 상기 코어와 클래딩 부위 간에 보다 예리한 대비를 생성시킬 수 있다. 또한, 보다 낮은 강도에서 유사한 파장의 광이 상기 코어를 이동할 수 있으며 상기 클래딩 물질을 저하시키지 않을 것이다. 따라서 광 도파관을 본 발명에 개시된 조성물의 혼입을 통해 개선시킬 수 있다.

구배-지수(GRIN) 렌즈를 또한 본 발명에 개시된 조성물로부터 형성시킬 수 있다. GRIN 렌즈는 물질 굴절률이 상기 매질 중에서 공간 좌표의 함수로서 연속적으로 변하는 렌즈이다. 본 발명 조성물의 경우, 조성물을 높은 출력으로 작동하는 레이저로 패턴화함으로써 GRIN 렌즈로 전환시킬 수 있다. 한편으로, 조성물을 갖는 빈 렌즈를 유사한 방식으로 GRIN 렌즈로 변경시킬 수 있다. 유리한 것은 상기 GRIN을 블리칭하고 렌즈를 파괴시킬 위험 없이 상기 렌즈를 다양한 파장에서 저 출력 광선과 함께 사용할 수 있다는 것이다.

디지털 홀로그래픽 영상화는 특수 안경의 도움 없이 가시화하기에 유용한 3D 영상(무안경입체영상)을 생성시키는 방식이다. 이는 다양한 각도로부터 바라볼 수 있는 고층건물들이 있는 도시와 같이 정부와 상업적인 용도를 위한 인터랙티브 3D 디스플레이의 생산에 유용하다. 다시, 역치 특성들을 갖는, 상기 개시된 조성물은 주변 광에서 블리칭의 문제 없이 적합한 패턴화를 허용한다.

본 발명은 또한 비-선형 증감제, 반응물 및 임의의 매개체 이외에, 중합체 기질을 추가로 포함하는 광 데이터 저장 매체를 제공한다. 상기 광 데이터 저장 매체는 화학 방사선에 대해 비-선형 응답을 나타낼 수도 있다, 즉 역치 아래의 입사 레이저 광에 대한 굴절률의 실질적인 변화, 및 상기 역치 위의 굴절률의 현저한 변화를 경험하지 않는다. 하나의 실시태양에서, 상기와 같은 매체에의 기록은 역치를 초과하는 출력, 또는 강도를 갖는 광에 의해 가능하다. 그러나, 상기 기록된 데이터는 상기 역치 아래의 강도를 갖는 광에 의해 반복적이고 실질적으로 비-파괴적으로 판독될 수 있다. 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 기록된 마이크로홀로그램은 상기를 기록하는데 사용된 광선보다 더 작은 크기인 것으로 예상된다. 최종적으로, 상기 매체는 380 ㎚ 또는 약 380 ㎚ 내지 450 ㎚ 또는 약 450 ㎚(예를 들어 약 405 ㎚)에서 화학 방사선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 삼중항-삼중항 에너지 전달을 일으킬 수 있는 증감제를 포함하며, 따라서 상기 매체의 저장 용량이 최적화됨과 동시에, 상기 매체는 현행의 통상적인 저장 포맷, 예를 들어 블루-레이(Blu-ray)에 여전히 적합하다.

상기 광 데이터 저장 매체는 중합체 기질 내부에 분산된 비-선형 증감제 및 반응물을 포함한다. 상기 비-선형 증감제는 예를 들어 하나 이상의 광자의 형태로 입사하는 화학 방사선을 흡수할 수 있고, 이어서 상기 에너지를 반응물 분자로 전달하여 상기 반응물의 생성물로의 분자 재배열을 유도하고, 이는 차례로 상기 매체의 굴절률 변조를 생성시킬 수 있다. 상기 변조는 홀로그램으로서 상기 입사하는 화학 방사선으로부터의 강도 및 상 정보 모두를 기록한다. 선형 증감제와 상반되게 비-선형(예를 들어 "역치-기반") 증감제의 사용 이점을 도 4, 5 및 6을 참조하여 더욱 이해할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2는 입사하는 화학 방사선에 대한 선형 감광성 물질의 응답을 나타내는 반면, 도 3은 입사하는 화학 방사선에 대한 역치 물질의 응답을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선형 감광성 물질은 광을 기록하는 임의의 전력 밀도(강도)에서 반응을 일으킬 것이고 성취되는 굴절률 변화(Δn)의 양은 상기 물질에 의해 수신된 동일한 방사 에너지(플류언스)에 대해서 동일할 것이다. 대조적으로, 역치 물질은 오직 광을 기록하는 일정한 광 강도 및 그 이상에서만 반응을 야기할 것이다.

그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 선형 광감성 물질로부터 형성된 광 데이터 저장 매체(140)에서, 동적 범위의 소비가 섹션(142)로서 도시된, 어드레스되지 않은 볼륨(실질적으로는 화학 방사선(예를 들어 레이저(146)에 의해 제공됨)이 통과하는 어디에나)에서 일어날 것이다. 대조적으로, 상기 광 데이터 저장 매체(140)를 역치 물질을 사용하여 형성시키는 경우, 어드레스되지 않은 볼륨의 동적 범위의 소비는 감소되거나 제거되며 실질적으로 표적 볼륨, 즉 상기 화학 방사선의 초점(144)에서만 발생할 것이다. 따라서 본 발명의 광 데이터 저장 매체에서 역치 물질의 사용은 앞서 기록된 데이터의 인접 층 또는 후속 기록에 이용될 수 있는 빈 공간의 파괴 없이 상기 매체의 벌크에 매립된 비트-식 데이터의 층으로의 기록을 용이하게 한다. 또한, 타이트하게 초점이 맞추어진 레이저 광선의 광 강도는 상기 초점의 깊이를 통해 변하고 대개는 상기 광선 허리(가장 좁은 횡단면)에서 최대이므로, 상기 매체의 역치 응답은 상기 광선 허리 부근으로의 물질 전환을 제한할 것이다. 이는 각 층 내 마이크로홀로그램 크기의 감소를 유도하고, 따라서 본 발명 매체의 층 중 데이터 저장 용량의 증가를 촉진할 수 있으며, 따라서 상기 매체의 전체 데이터 저장 용량을 또한 증가시킬 수 있다. 역치 물질을 사용하여 형성시킨 광 데이터 저장 매체는 또한 주변 광 중에서 실질적으로 안정할 수 있으며, 따라서 상기와 같은 주변 광에의 노출은 상기 매체에 대한 실질적인 열화 또는 손상을 생성시키지 않는다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 광 데이터 저장 매체에 사용된 비-선형 증감제는 매우 짧은 수명(나노 초 내지 수 μ(마이크로) 초)을 갖는 상부 삼중항 상태(T_n, 여기에서 n > 1)로부터 반응물로 에너지를 전달할 수 있다. 상기 T_n 상태로부터 에너지를 전달하는 능력은 본 발명에서 제공된 광 데이터 저장 매체에 비-선형, 역치 성질들을 제공한다. 즉, T_n 여기 상태 흡수는 상기 증감제가 고-강도 광, 예를 들어 주변 광보다 2 정도 이상 크기의 강도를 갖는 광에 의해 여기될 때 단지 무시할만하고, 저-에너지 방사선이 가해질 때 무시할 만큼 작다. 이는 상기 비-선형 증감제를 포함하는 본 발명의 광 데이터 저장 매체가 저 강도 방사선, 예를 들어 판독 또는 주변 광에 대해 실질적으로 투명하고 불활성인 채로 남아있게하고, 상기 초점 또는 그 부근에서 고 에너지 기록 광에 응답하여 단지 그의 성질들(흡광도 및 따라서 굴절률)만을 변화되게 한다. 그 결과, 본 발명의 광 데이터 저장 매체는 미세홀로그래픽 데이터의 비트-식 기록에 바람직하고/하거나 필요한 역치 양상을 나타낸다.

상기에 유의하면서 도 1로 돌아가, 역 포화 흡수를 나타내는 증감제에 대한 상부 삼중항 T_n 여기 상태 흡수 및 생성되는 에너지 전달을 나타내는 도식적인 에너지 수준 다이어그램을 도시한다. 에너지 수준 다이어그램(100)에 도시된 바와 같이, 화살표(102)는 단일항 바닥 상태 S₀로부터 제 1 여기 상태 S₁으로 전이 시의 광자의 바닥 상태 흡수 단면을 예시한다. 화살표(104)로 나타낸, 시스템간-교차율은 증감제(120)가 단일항 여기 상태 S₁로부터 상응하는 삼중항 상태 T₁으로 이동할 때 발생하는 에너지의 전달을 나타낸다. 화살표(106)는 상기 삼중항 여기 상태 흡수 단면을 가리킨다. 일단 상기 상부 수준 삼중항 상태 T_n이 후속의 선형 흡수에 의해 성취되면, 2 개의 상부 여기된 감쇠 과정이 가능하다. 도 1에서 화살표(108)에 의해 나타낸 한 가지 가능한 감쇠 과정은 아래에 놓인 T₁ 상태로의 내부 전환(IC)에 의한 비-방사성 경감이다. 다른 가능한 감쇠 과정은 도 1에서 화살표(110)에 의해 나타내며, 삼중항-삼중항 에너지 전달을 통한 증감제(120)로부터의 에너지 방출 및 상기 에너지의 반응물(122)로의 전달을 수반한다. 이어서 반응물(122)은 화살표(112)가 나타내는 변화를 겪어 홀로그래픽 격자를 형성하고 거기에 데이터를 기록한다.

상기 광 데이터 저장 매체에 사용되는 비-선형 증감제의 양은 홀로그램의 기록에 사용되는 광의 파장에서 그의 광학 밀도에 따라 변할 수 있다. 상기 증감제의 용해도도 또한 인자가 될 수 있다. 일반적으로, 상기 증감제를 상기 광 데이터 저장 매체의 전체 중량을 기준으로 약 0.002 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 사용할 수 있다.

일부 실시태양에서, 상기 광 데이터 저장 매체는 높은 데이터 밀도에서 마이크로홀로그램의 기록에 적합한 굴절률 변화(Δn), 예를 들어 약 0.005 이상, 또는 약 0.05 이상 또는 심지어 그 이상의 굴절률 변화를 나타낼 것으로 예상된다. 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 의해 성취될 수 있는 굴절률 변화/회절 효율로 인해, 상기 매체는 단일 CD 또는 단일 DVD의 크기에 필적할만한 디스크 상에 약 1TB의 정보를 저장할 수 있다.

또한, 본 발명에 개시된 반응물의 사용은 통상적인 반응물에 비해 현저한 복굴절의 감소를 제공할 수도 있다. 더욱이, 상기 개시된 광 기록 매체는 감소되거나 최소의, 열 형성 및 포착된 홀로그래픽 패턴의 얼룩을 생성시킬 수 있는 이웃하는 위치로의 신호 누출과 함께 고-해상 마이크로홀로그램을 빠르게 생성시키는 능력을 제공한다.

몇몇 실시태양에서, 상기 반응물은 상기 중합체 기질 내에서 광학 성질들의 큰 변화를 제공하고 보다 효율적인 삼중항 에너지 전달을 촉진하기 위해서 비교적 높은 농도로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응물은 상기 광 데이터 저장 매체 중에 상기 광 데이터 저장 매체의 전체 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 존재할 수 있다.

상기 반응물(들)은 통상적인 반응물보다, 중합체 주 쇄 상에서 유도체화될 때 상기 광 데이터 저장 매체 중에 더 큰 로딩 가능성을 제공할 수 있다. 즉, 통상적인 반응물의 로딩은 중합체 주 쇄 상에서 유도체화될 때 약 30 중량% 이하로 제한될 수 있는 반면, 본 발명에 개시된 신규의 반응물은 중합체 주 쇄 상에 훨씬 더 큰 로딩, 즉 심지어 상기 광 데이터 저장 매체의 전체 중량을 기준으로 약 90 중량% 이하의 로딩이 가능할 수 있다.

상기 반응물을 상기 광 데이터 저장 매체의 중합체 기질에 공유 결합시키거나 또는 달리 회합시킬 수 있다. 예를 들어, 신나메이트로 작용화된 중합체를 중합체 기질로서 사용할 수 있으며, 예를 들어 폴리비닐 신나메이트를 쉽게 상업적으로 입수할 수 있다. 이 경우, 상기 광 데이터 저장 매체는 상기 반응물의 보다 큰 로딩 양, 예를 들어 상기 광 데이터 저장 매체의 전체 중량을 기준으로 약 90 중량% 이하를 포함할 수 있다.

더욱이, 사용되는 경우, 임의의 목적하는 매개체를 상기 중합체 기질에 공유 결합시키거나 또는 달리 회합시킬 수 있다. 상기 방식으로 상기 매개체를 중합체 기질에 혼입시키는 것은 보다 큰 농도의 매개체를 사용할 수 있게 하고, 이는 차례로 상기 데이저 저장 매체의 기록 효율을 증가시킬 수 있다.

상기 목적하는 증감제 및 반응물, 및 임의의 광 안정제 및 매개체를 중합체 기질을 통해 실질적으로 균일하게 분산시키거나, 또는 비트-식 데이터 기록이 상기 광 데이터 저장 매체 내에서 촉진되도록 하는 임의의 방식으로 분산시킬 수도 있다. 상기 중합체 기질은 선형이거나, 분지되거나 또는 가교결합된 중합체 또는 공중합체 또는 다른 적합한 매질일 수 있다. 임의의 중합체를 상기 증감제 및 반응물이 상기 중에 실질적으로 균일하게 분산될 수 있는 한 사용할 수 있다. 더욱이, 사용되는 임의의 중합체는 전형적으로는 상기 상부 삼중항 에너지 전달 과정을 실질적으로 방해하지 않을 것이다. 상기 중합체 기질을, 광학적으로 투명하거나, 또는 상기 광 데이터 저장 매체의 기록 및 판독에 대해 고려되는 파장에서 적어도 높은 투명성을 갖는 중합체로서 제공할 수 있다.

상기 중합체 기질에 사용하기에 적합한 중합체의 예로는 비 제한적으로 폴리(알킬 메트아크릴레이트), 예를 들어 폴리(메틸 메트아크릴레이트)(PMMA), 폴리비닐 알콜, 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐 아세테이트) 등이 있다.

상기 중합체 기질은 가소제, 예를 들어 다이부틸 프탈레이트, 다이부틸 세바케이트 또는 다이(2-에틸헥실)아디페이트를 또한 함유할 수 있다. 가소제는 분자 운동을 촉진시킴으로써 기록 효율을 향상시킬 수 있다. 전형적인 가소제 수준은 상기 저장 매체의 전체 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 10 중량%의 범위일 수 있다.

상기 논의를 유의하면서, 폴리비닐 신나메이트 중의 신나메이트 광 이량화를 위한 에너지 전달제로서 페녹시 서브프탈로시아닌(서브-PC)의 용도가 하나의 실행 실시예로서 본 발명에 개시된다. 몇몇 실행에서, 상기 중합체(또는 다른 적합한) 기질(예를 들어 PVC 기질) 내로 도핑되는 서브프탈로시아닌(또는 다른 적합한 에너지 전달제)은 상기 중합체 기질 내에서 응집하여 불-균일성(예를 들어 자가-응집 등)을 유도하는 경향이 있다. 예를 들어, 도핑된 서브-PC가 폴리비닐 신나메이트 중에서 응집하는 경향은 상기와 같은 기질에 대한 그의 낮은 용해도에 기인할 수 있다. 상기와 같은 불-균일성은, 예를 들어 자가-켄칭으로 인해, 에너지 전달의 효능을 손상시킬 수도 있다. 예를 들어, RSA 염료 도핑된 물질에서 1% 이상의 회절 효율(DE)을 성취하기 위해서, 높은 기록 플류언스(예를 들어 340 J/㎠ 초과)가 사용될 수 있다. 더욱이, 도핑 접근법은 3 중량% 미만인 상기 기질에 대한 에너지 전달제(예를 들어 염료)의 로딩 수준으로 제한될 수도 있다.

상기 경향을 유의하면서, 현재 고려되는 한 가지 접근법은 직접 염료 응집을 억제하거나 방지하고 상기 기질 중에 상기 염료 물질 및 지수 변화 물질의 일반적으로 균일한 분배를 제공하도록 상기 기질을 형성하는 물질 상에 추가되거나 유도체화될 수 있는 페녹시 서브-PC를 디자인 및/또는 합성하는 것이다. 본 발명에 논의된 바와 같이 상기와 같은 추가된 염료를 사용하는 접근법은 마이크로홀로그램 기록에 충분한 감도를 획득하기 위해서 상기 중합체 기질에 대한 로딩 수준의 증가(예를 들어 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 또는 10 중량% 이하)를 허용할 수 있다. 예를 들어 추가된 염료를 사용하는 하나의 실행에서, DE ≥ 1%는 보다 낮은 기록 플류언스(예를 들어 플류언스 < 340 J/㎠, < 300 J/㎠, < 250 J/㎠, < 200 J/㎠, < 150 J/㎠, < 100 J/㎠, 및 < 70 J/㎠)로 획득될 수 있다.

예를 들어, 도 7 및 8로 돌아가서, 도핑되는 염료 물질(라인(152 및 156))과 상반되는, 상기 중합체 주 쇄에 추가된 염료 물질(라인(150 및 154))을 사용하여 획득될 수 있는 회절 효율(도 5) 및 감도(도 6)의 차이에 대한 그래프를 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 보다 큰 회절 효율이 충분히 측정된 레이저 강도 범위에 걸쳐 획득된다. 마찬가지로, 도 6에 도시된 바와 같이, 보다 큰 감도가 충분히 측정된 레이저 강도 범위에 걸쳐 획득된다.

PVC 기질 실행과 관련하여, 중합체 주 쇄에 지수 변화 물질(즉 반응물)뿐만 아니라 염료 조성물을 추가하거나 유도체화하는(즉 화학적으로 부착하거나 또는 결합시키는) 다양한 접근법들을 사용할 수 있다. 예를 들어 상기와 같은 분자(예를 들어 염료 물질)를 중합체 주 쇄에 추가하거나 유도체화하는 것은 상기 염료와 주 쇄 분자 간에 공유, 이온 또는 다른 화학 결합을 형성시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 상기와 같은 실행은 역치 염료 물질을 중합체 기질 중에 별도로 도핑시켜 반응물(즉 지수 변화 물질)의 생성물로의 2+2 광 이량화를 유도하여 흡수 및 굴절률의 국소적인 변화를 생성시키는 다른 접근법과 대조될 수 있다.

하나의 실행에서, 상기 신나메이트 부분의 결합 전에 상기 폴리비닐 알콜 주 쇄의 직접적인 작용화를 사용할 수도 있다. 상기와 같은 실행에서, 산 및 염기 조건의 존재 하에서 몇몇 염료들의 낮은 열 안정성 및 낮은 가수분해 안정성으로 인해 상기 염료의 선택을 고려할 수 있다. 상기 신나메이트의 형성 후에 염료를 혼입하는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 기준선 수지 색상(405 ㎚에서 낮은 흡광도)은 상기 수지에 대해 중요한 특징이며 추가적인 화학들은 추가적인 색상을 생성시킬 수도 있다. 따라서, 대신에 실제 폴리비닐 신나메이트 제조에 적합한 염료 부착 과정을 수행하는 것이 중요할 수도 있다.

예를 들어, 이제 도 7과 관련하여, 하나의 실행에서 폴리비닐 신나메이트 제조는 고온 n-메틸피롤리디논(NMP) 중에, 전형적으로는 88 내지 100% 가수분해된, 폴리비닐 알콜(I)의 초기 용해를 수반한다. 상기 PVA를 50 ℃에서 신나모일 클로라이드(II)의 상기 NMP 용액에의 첨가에 의해 신나메이트로 작용화하였다. 상기 산 클로라이드를 상기 반응 혼합물에 4 시간에 걸쳐 고체로서 나누어 가하였다. 생성되는 PVC를 메탄올 중의 침전에 의해 단리하였으며; 전형적으로 상기 신나메이트 작용화는 75 몰%를 초과하였다.

이제 도 8과 관련하여, 서브PC 염료를 산 클로라이드로 쉽게 전환될 수 있는 산 부가물과 함께 합성하는 것은 주 쇄에 염료가 결합된 PVC의 효율적인 수렴 합성을 제공할 것이라 가정되었다. 페녹시 서브PC(III)의 한 가지 제조 방법은 페놀을 환류 톨루엔 중에서 서브PC 클로라이드와 반응시키는 것이다. 따라서 페놀을 산 부분과 반응시키는 것은 목적하는 산으로의 직접적인 경로를 제공할 수 있다.

도 9와 관련하여, 산 치환된 페녹시 서브-PC의 제조에 대한 추가의 실행에서, 상기 서브-PC 클로라이드를 처음에, 치환된 다이하이드록시 벤젠과 반응시켰다. 예시된 바와 같이, 상기 서브-PC 클로라이드와 대칭적인 다이하이드록시 벤젠, 예를 들어 5-요오도 레소르시놀과의 반응은 적합한 페녹시 화합물(VI)을 제공하였다. 비대칭 다이하이드록시 벤젠, 6-브로모 레소르시놀(VII)은 ?7:3까지, 2-브로모 이성체(IX)보다 4-브로모 이성체(VII)를 선호하는 높은 전환율로 부위 이성체들의 혼합물을 제공하였다. 상기 이성체는 실리카 젤 크로마토그래피에 의해 쉽게 분리되었다. 도 10으로 돌아가서, 상기 분자의 페놀 OH를 사용하여 글루타르산 무수물의 개환 반응에 의해 지방족 카복실산을 구속하였다. 목적하는 산으로의 필수적으로 정량적인 전환이 실현되어 화합물 X, XI 및 XII를 제공하였다. 상기 산 X, XI 및 XII는 메틸렌 클로라이드 용액 중에서 다이메틸 폼아미드(DMF)에 의해 촉매화된 옥살릴 클로라이드를 사용하여 상응하는 산 클로라이드들로 전환되었다.

염료가 추가된 PVC 수지를 약간 변경된 표준 PVC 합성을 사용하여 제조하였다. PVC 합성의 하나의 상기와 같은 실행에서, 산 클로라이드(신나모일 클로라이드)를 NMP 중의 PVA의 50 ℃ 용액에 4 시간에 걸쳐 고체로서 나누어 가하였다. 상기 염료를 PVC 주 쇄에 추가하는 반응의 실행에서, 상기 염료의 산 클로라이드 유도체(예를 들어 도 11의 XIII)를, 상기 신나모일 클로라이드의 대략 50%가 첨가되었을 때 고체로서 가하였다. 보다 작은 규모의 반응들의 경우, 상기 염료의 산 클로라이드를 메틸렌 클로라이드 중의 용액으로서 가하여 상기 PVA의 작용화 정도를 개선시켰다. 상기 메틸렌 클로라이드-염료 용액을 첨가한 결과 부분적으로 신나모일화된 PVA가 침전되었고 시간이 지남에 따라 재용해되지 않았다. 따라서, 몇몇 실시태양에서 상기 PVA를 반응 혼합물의 용해도를 유지하기 위해서 40 내지 50% 이상 유도체화한다. 또한, 몇몇 실행에서 상기 염료의 산 클로라이드를 정제 없이 사용할 수도 있다. 순수한 폴리비닐 신나메이트 필름은 405 ㎚(<0.1 au/㎜ 순수 필름)에서 매우 낮은 흡광도를 갖는다. 도핑된 염료를 갖는 필름은 전형적으로는 첨가된 염료의 농도에 따라 0.6 au 이하였다. 부착된 염료는 도핑된 대응물에 비해 405 ㎚에서 약간 더 낮은 흡광도를 갖는 경향이 있었다.

본 발명에 개시된 광 데이터 저장 매체는 자립 형태로 존재할 수도 있다. 한편으로, 상기 데이터 저장 매체를 적합한 성질들을 갖는 임의의 지지체 물질 상에 코팅할 수도 있다. 상기와 같은 적합한 물질의 예로는 비 제한적으로 폴리메틸(메트아크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리스타이렌, 또는 셀룰로스 아세테이트가 있다. 적합한 무기 지지체 물질, 예를 들어 유리, 석영 또는 규소를 또한 지지체 물질이 사용되는 상기 실시태양들에 사용할 수도 있다.

상기와 같은 실시태양에서, 상기 지지체 물질의 표면을, 상기 지지체에 대한 상기 광 데이터 저장 매체의 접착을 개선시키기 위해서 처리할 수도 있다. 예를 들어, 상기 지지체 물질의 표면을 상기 광 데이터 저장 매체의 적용 전에 코로나 방전에 의해 처리할 수 있다. 한편으로, 하도막, 예를 들어 할로겐화된 페놀 또는 부분 가수분해된 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트를 상기 지지체 물질에 도포하여 상기 지지체에 대한 상기 저장 매체의 접착을 증가시킬 수 있다.

일반적으로, 본 발명에 개시된 광 데이터 저장 매체를, 목적하는 증감제, 반응물, 매개체(필요한 경우) 및 중합체 기질을 블렌딩하거나 달리 배합시켜 제조할 수 있다. 이들의 비율은 광범위하게 다양할 수 있으며, 상기 블렌딩의 비율 및 방법은 당해 분야의 통상적인 숙련가들에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 증감제는 상기 광 데이터 저장 매체의 전체 중량을 기준으로, 약 0.01 중량% 내지 약 90 중량%의 농도로 존재할 수 있고 상기 중합체 기질에 추가되거나 달리 부착될 수도 있으며, 상기 반응물은 약 2 중량% 내지 약 80 중량%, 또는 심지어 약 90 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다.

실시예 1 내지 3 마이크로홀로그램 기록

샘플 제조

마이크로홀로그램의 설명 및 마이크로홀로그램 기입 후 반사율의 기록을 위한 박막 샘플을 하기와 같이 제조하였다:

실시예 1. 보론 서브프탈로시아닌 3-요오도-5-글루타릴페녹사이드 유도체(X)/폴리비닐신나메이트(PVCm).

PVCm(0.870 g) 및 2 중량%의 서브프탈로시아닌 염료를 용매로서 다이클로로에탄/메틸렌 클로라이드 용매 혼합물(15 g, 2:8 v/v)에 용해시켰다. 상기 용액을 0.45 ㎛ 필터를 사용하여 여과하고, 유리 플레이트 기구 상의 유리 림(rim)(5 ㎝ 직경) 위에 붓고, 약 45 ℃에서 5 시간 및 약 75 ℃에서 밤새 유지시킨 핫 플레이트 상에서 건조시켰다. 핫 플레이트 상에서의 건조 후에, 상기 필름을 상기 유리 플레이트로부터 제거하여 70 ℃에서 밤새 진공 건조시키고 나중에 상기 필름을 70 ℃에서 2 일간 진공 오븐에서 건조시켰다.

실시예 2. 폴리비닐신나메이트(PVCm) 주 쇄(XIV) 중의 2 중량% 추가된 보론 서브프탈로시아닌 3-요오도-5-글루타릴페녹사이드 유도체(X)를 용매로서 다이클로로에탄/메틸렌 클로라이드 용매 혼합물(15 g, 2:8 v/v)에 용해시켰다. 상기 용액을 0.45 ㎛ 필터를 사용하여 여과하고, 유리 플레이트 기구 상의 유리 림(5 ㎝ 직경) 위에 붓고, 약 45 ℃에서 5 시간 및 약 75 ℃에서 밤새 유지시킨 핫 플레이트 상에서 건조시켰다. 핫 플레이트 상에서의 건조 후에, 상기 필름을 상기 유리 플레이트로부터 제거하여 70 ℃에서 밤새 진공 건조시키고 나중에 상기 필름을 70 ℃에서 2 일간 진공 오븐에서 건조시켰다.

마이크로홀로그램 기록

실시예 3. 405 ㎚ 파장에서 작동하는 조정 가능한 광 매개변수 발진 시스템을 미세-홀로그램의 기록 및 판독을 위한 펄스 광원으로서 사용하였다. 상기 광을 0.16의 개구수(NA)를 갖는 렌즈를 사용하여 상기 매체 샘플에 집중시켜 1.6 x 1.6 x 17 ㎛의 상기 기록 볼륨의 대략적인 치수를 생성시켰다. 미세-홀로그램 기록에 사용된 펄스 에너지는 10s 내지 100s의 나노-주울이었으며, 이는 상기와 같은 집중된 기록 광선의 초점에서 수백 MW/㎠에서 수 GW/㎠의 광 강도 값을 성취할 수 있게 하였다. 상기 미세-홀로그램으로부터 반사된 광의 판독을 상기 기록 출력에 대해 대략 100 내지 1000x까지 약화된 동일한 광선을 사용하여 수행하였다.

상기 광 데이터 저장 매체에서 μ-홀로그램의 기록을 상기 기록 매체의 대부분에 집중되고 중복된 2 개의 고-강도 반대-전파되는 펄스 기록 광선에 의해 수행하여 명암 부위(프린지)로 이루어지는 강도 프린지 패턴을 생성시켰다. 상기 간섭 패턴의 조명된 부위들은 상술한 바와 같은 변화를 겪어, 상기 물질의 국소적으로 변경된 굴절률을 생성시키고, 반면 어두운 부위는 그대로 남아있으며, 따라서 볼륨 홀로그램을 생성시킨다. 본 발명의 역치 광 데이터 저장 매체는 고 강도 광에 민감하며 저-강도 방사선에 비교적 불활성이다. 상기 기록 광선의 출력을, 상기 광선의 초점과 떨어져 있는 기록 가능한 부위 밖에서는 낮게 유지하면서 상기 광선의 초점 부위 부근의 광 강도는 상기 기록 역치(이 위에서 변화가 쉽게 일어난다) 위에 있도록 조절하여, 의도하지 않는 매체 변경(기록 또는 삭제)을 제거하였다.

μ-홀로그램 기록 중에, 1차 기록 광선을 반파형 플레이트(λ/2) 및 제 1 편광 광선 분할기를 사용하여 신호와 기준으로 분할하였다. 상기 2 개의 2차 광선들은 반대-전파하는 기하학적 형태로 상기 샘플을 향하여 집중되어 0.4 이하의 개구수(NA)를 갖는 동일한 비구면렌즈에 의해 상기 광 데이터 저장 매체의 대부분에서 겹쳐졌다. 상기 두 광선 모두의 편광은 환상 편광으로 전환되어(2 개의 1/4파형 플레이트(λ4)에 의해) 상기 광선들이 간섭하여 고-콘트라스트 프린지 패턴을 생성하게 하였다. 상기 샘플 및 신호 광선 렌즈를 25 ㎚ 해상도로 폐쇄-고리 3-축 위치결정 단 위에 적재하였다. 상기 샘플의 기준면 상에 위치-민감성 검출기를 사용하여 상기 매체 중의 집중된 신호 및 기준 광선들의 최적화된 겹침을 위해 상기 신호 렌즈들을 정렬시켰다.

가변적인 감쇠자 및 반파형 플레이트/PBS 조립체를 사용하여 기록 및/또는 판독 중 출력 수준을 조절하였다. 이는 상기 광 데이터 저장 매체의 μ-홀로그래픽 기록 특성을 상기 기록 출력 및/또는 에너지의 함수로서 측정될 수 있게 한다. 이러한 작용 의존성은 선형 광 데이터 저장 매체/기록 사이를 구분하며, 여기에서 상기 기록된 홀로그램의 강도는 주로 상기 매체에 의해 수신된 광 에너지의 총량에 의해 한정되지만, 상기 광의 강도, 및 비-선형, 역치 광 데이터 저장 매체/기록과 무관하며, 이때 상기 기록 효율은 상기 광의 강도에 대단히 의존한다. 선형 매체에서, 작은 노출은 저-강도 홀로그램을 생성시키며, 이는 노출의 증가에 따라 점차로 성장한다. 대조적으로, 비-선형, 역치 매체에서, 기록은 상기 역치를 초과하는 강도에 의해서만 가능하다.

판독 중에, 상기 신호 광선은 차단되며, 상기 기준 광선은 입사 방향과 반대 방향으로 상기 μ-홀로그램에 의해 반사되었다. 상기 반사된 광선은 1/4파형 플레이트 및 제 2 편광 광선 분할기를 사용하여 상기 입사 광선 경로로부터 커플 아웃되고, 공 초점 기하형태로 눈금화된 광다이오드 상에 수집되어 상기 회절 효율의 절대 표시를 제공하였다. 상기 샘플을 상기 판독 렌즈에 관하여 번역함으로써, 미세-홀로그램 회절 응답의 3D 프로파일을 획득하고 미세-홀로그램의 차원을 평가하는 것이 가능하다.

도 12는 본 내용에 따라 제조된 광 데이터 저장 매체에 대한 판독 광선에 관하여 상기 샘플의 측 방향 위치에 대한 일련의 μ-홀로그램의 실험적으로 측정된 반사율을 나타낸다. 피크들은 기준 광선이 상기 배열에서 미세-홀로그램들 중 하나 위에 집중될 때 상기 샘플의 위치들에서 발생한다. 도 13은 본 내용에 따라 제조된 광 데이터 저장 매체에서, 강도는 변하지만 동일한 플류언스로 기록된 미세-홀로그램 반사율의 의존성을 나타내며, 이는 상기 물질의 역치 작용성을 설명한다, 즉 물질 기록 감도는 상기 강도가 상기 역치(?100..200 MW/㎠)를 초과하는 경우 극적으로 증가하는 반면, 역치 이하 강도의 경우, 상기 기록된 홀로그램 반사율은 필수적으로 0이다(상기 시스템의 검출 한계 이내).

이들 실행에서 회절 효율은 상기 기록 플류언스에 따라 약 0.03% 내지 약 0.26%로 예상된다. 실시예 5는 7.74%의 측정된 회절 효율을 갖는 반면; 실시예 5는 1.55%의 측정된 회절 효율을 가졌다.

실시예 4 서브-PC 염료(XIV)가 부착된 폴리비닐 신나메이트의 합성

도 14로 돌아와서, 폴리비닐 알콜(1.50 g, 31.3 밀리몰, Aldrich 88% 가수분해됨)을 80 ℃에서 NMP 25 ㎖ 중에 용해시켰으며, 완전한 용해에 약 2 시간이 걸렸다. 상기 용액을 50 ℃로 냉각시키고 신나모일 클로라이드(12.0 g, 72.2 밀리몰)를 3 내지 4 시간에 걸쳐 나누어 가하였다. 상기 염료의 산 클로라이드를 상기 신나모일 클로라이드 첨가가 약 절반 정도 진행된 도중에 메틸렌 클로라이드 중의 고체 또는 용액으로서 첨가하였다. 상기 신나모일 클로라이드 첨가의 완료 시에 상기 용액을 실온으로 냉각시키고 메탄올에 침전시켰다. 상기 생성 고체를 메틸렌 클로라이드에 재 용해하고 여과하였다. 상기 용액을 메탄올에 재 침전시키고, 여과에 의해 수거하고, 진공 하에 60 C에서 12 시간 동안 건조시켰다. 혼입된 염료 퍼센트를 GPC에 의해 측정하고 염료의 순 중량 퍼센트를 UV 분광광도계에 의해 측정하였다.

실시예 5 보론 서브프탈로시아닌 페녹사이드의 일반적인 제조 과정

보론 서브프탈로시아닌 3-요오도-5-하이드록시페녹사이드(VI): 톨루엔 50 ㎖ 중의 보론 서브프탈로시아닌 클로라이드 1.28 g(0.003 몰), 4-요오도레소르시놀 2.80 g(0.0119 몰)의 혼합물을 자기 교반 봉, 응축기/질소 보조관이 구비된 250 ㎖ 환저 플라스크에 넣었다. 상기 혼합물을 오일 욕에서 48 시간 동안 가열 환류시켰다. 이어서 상기 혼합물을 냉각시키고 톨루엔을 감압 하에서 제거하였다. 상기 잔사에 메틸렌 클로라이드 200 ㎖을 가하고 약 15 내지 30 분 동안 교반하였다. 나머지 검질 고체를 에틸 아세테이트 600 ㎖에 재 용해하고 여과하여 일부 불용성 물질을 제거하였다. 이어서 상기 여액을 물(각각 100 ㎖)로 3 회 세척하고, 무수 마그네슘 상에서 건조시켰다. 상기 여과된 용액에 실리카젤 15 g을 가하고, 용매를 건조시까지 감압 하에서 증발시켰다. 조 생성물/실리카 젤을 로드 컬럼 상에 로딩하고 조 생성물을 콤비플래시 컴패니언(CombiFlash Companion)(Isco, Inc.) 상에서 예비 LC에 의해 정제하였다. 사용된 컬럼은 텔레다인 아이스코 인코포레이티드(Teledyne Isco, Inc.)의 120 g 레디셉(RediSep) 실리카 젤 정규 상 일회용 컬럼이었다. 실시 길이: 85 ㎖/분의 유량으로 35 분. 클로로폼/EtOAc를 용출 용매로서 사용하였다: 33 분간 100% CHCl₃ 및 종료시까지 85%까지 EtOAc 경사. 생성물의 RT는 25 분이었다. 순수한 분획들을 합하고 농축시켰다. 수율: 1.13 g(59.8%) ¹HNMR: 4.72ppm(t,1H), 5.10ppm(t,1H); 6.39ppm(t,1H); 8.01ppm(m,6H); 8.85ppm(m,6H); 9.42ppm(s,1H).

보론 서브프탈로시아닌 3-하이드록시-2(4)-브로모페녹사이드(VIII): 상기와 동일한 과정을 24 시간 동안 단지 환류시켰다. 생성물은 각각 2-브로모 및 4-브로모 이성체들의 70:30 혼합물이다. 예비 LC를 사용하여 조 혼합물을 정제하고 상기 이성체들을 분리시켰다. 상기를 아이스코 인코포레이티드의 콤비플래시 컴패니언 상에서 수행하였다. 사용된 컬럼은 텔레다인 아이스코 인코포레이티드의 120 g 레디셉(RediSep) 실리카 젤 정규 상 일회용 컬럼이었다. 실시 길이: 85 ㎖/분의 유량으로 28 분. 클로로폼/EtOAc를 용출 용매로서 사용하였다: 13 분간 100% CHCl₃ 및 실시 종료시까지 10%까지 EtOAc 경사. 보론 서브프탈로시아닌 3-하이드록시-4-브로모페녹사이드(주 이성체, RT = 14 분): 수율: 34.2% 수율. ¹HNMR: 4.90ppm(dd,1H); 5.16ppm(s,1H); 5.17ppm(d,1H); 6.81ppm(d,1H); 7.93ppm(m,6H); 8.87(m,6H).

보론 서브프탈로시아닌 3-하이드록시-2-브로모페녹사이드(부 이성체, RT = 24 분): 수율: 16.4% 수율. ¹HNMR: 4.72ppm(d,1H); 6.02ppm(dd,1H); 6.75ppm(d,1H); 8.03ppm(m,6H); 8.85ppm(m,6H); 9.30ppm(s,1H).

실시예 6 글루타르산 보론 서브프탈로시아닌 페녹사이드의 일반적인 제조 과정

보론 서브프탈로시아닌 3-요오도-5-글루타릴페녹사이드 유도체(X): 1.56 g(0.00247 몰)의 보론 서브프탈로시아닌 3-요오도-5-하이드록시페녹사이드(VI), 19.7 g(0.173 몰)의 글루타르산 무수물, 40 ㎖의 DMF, 및 7.82 g(0.0988 몰)의 피리딘의 혼합물을 자기 교반 봉이 구비되고 고무 격막으로 마개를 한 100 ㎖ 환저 플라스크에 넣었다. 상기 플라스크를 모두 80 ℃에서 2.5 시간 동안 예열한 오일 중에 넣었다. 상기 반응 혼합물을 냉각시키고 물 150 ㎖에 붓고 약 20 분간 교반하였다. 상기 수성 혼합물에 메틸렌 클로라이드 200 ㎖을 가하여 생성물을 추출하였다. 상기 메틸렌 클로라이드 용액을 물 150 ㎖(?10x)로 반복해서 및 묽은 HCl로 1 회 및 이어서 물로 다시 세척하여 DMF 및 피리딘을 제거하였다. 상기 메틸렌 클로라이드 용액을 무수 황산 마그네슘으로 건조시키고 감압 하에서 농축시켰다. 상기 생성물을 실온에서 밤새 진공 오븐에서 추가로 건조시켰다. 수율: 1.65 g(89.8%). ¹HNMR: 2.15ppm(m,2H); 2.58ppm(t,2H); 2.64ppm(t,2H); 4.94ppm(t,1H); 5.82ppm(t,1H); 6.68ppm(t,1H); 7.94ppm(m,6H); 8.88ppm(m,6H).

UV-Vis:ε@405㎚: 67.5; ε@λmax: 68,000

보론 서브프탈로시아닌 2-브로모-5-글루타릴페녹사이드 유도체(XII): 동일한 과정을 상술한 바와 같이 사용하였다. 수율: 76.4% ¹HNMR: 2.16ppm(m,2H); 2.60ppm(t,2H); 2.65ppm(t,2H); 5.05ppm(d,1H); 6.27ppm(dd,1H), 7.94ppm(m,6H); 8.88ppm(m,6H).

보론 서브프탈로시아닌 4-브로모-5-글루타릴페녹사이드 유도체(XI): 동일한 과정을, 단지 상기 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반할뿐, 상술한 바와 같이 사용하였다. 수율: 86% ¹HNMR: 2.15ppm(오중선,2H); 2.61ppm(사중선,4H); 5.13ppm(d,1H); 5.26ppm(dd,1H); 6.93ppm(d,1H); 7.93ppm(m,6H); 8.87ppm(m,6H). NMR은 출발 물질의 9.9%를 또한 보였다.

본 명세서는 최선의 방법을 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 당해 분야의 임의의 숙련가가 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용, 및 임의의 통합된 방법의 수행을 포함하여, 본 발명을 수행할 수 있게 하기 위해서 실시예들을 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구의 범위에 의해 한정되며, 당해 분야의 숙련가들에게 떠오르는 다른 실시예들을 포함할 수도 있다. 상기와 같은 다른 실시예들을, 상기 청구 범위의 문자 용어와 상이하지 않은 구조 요소를 갖거나, 또는 상기 청구 범위의 문자 용어와 실질적이지 않은 차이를 갖는 동등한 구조 요소를 포함하는 경우 상기 청구의 범위 내에 포함하고자 한다. 본 발명의 단지 몇몇 특징들을 본 발명에 예시하고 개시하였지만, 다수의 변경 및 변화들이 당해 분야의 숙련가들에게 떠오를 것이다. 개별적인 실시태양들을 논의하지만, 본 발명은 상기 실시태양들 모두의 모든 조합을 포함한다. 따라서, 첨부된 청구의 범위가 본 발명의 진의 내에 있는 바와 같은 변경 및 변화를 모두 포함하고자 함은 물론이다.

Claims

중합체 기질;
상기 중합체 기질 내에 배치되고 여기 시 광 화학적 변화를 겪을 수 있는 반응물(122); 및
상기 중합체 기질에 화학적으로 결합된 비-선형 증감제(120)
를 포함하며, 이때 상기 비-선형 증감제(120)가 하나 이상의 방사 파장에 노출 시 상기 반응물(122)에 대해 굴절률 변화를 야기하는, 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 방사 파장이 약 380 ㎚ 내지 약 450 ㎚를 포함하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 증감제(120)가 하나 이상의 방사 파장에 노출 시 상부 삼중항 에너지 전달을 야기하고, 상기 굴절률 변화가 상기 상부 삼중항 에너지 전달에 응답하여 발생하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 증감제(120)가 하나 이상의 서브프탈로시아닌 역 포화 흡수제를 포함하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 증감제(120)가 에너지 전달 역치 염료를 포함하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 증감제(120)가 하나 이상의 공유 결합을 통해 상기 중합체 기질에 화학적으로 결합되는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 반응물(122)이 스틸벤 유도체, 신나메이트, 신나메이트 유도체, 신남아미드 유도체, 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 중합체 기질이 폴리비닐 조성물을 포함하는 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 반응물(122)이 상기 중합체 기질에 화학적으로 결합되는 조성물.
중합체 기질;
여기 시 광 화학적 변화를 겪을 수 있고, 이에 의해 굴절률 변화를 야기할 수 있는 반응물(122); 및
상기 반응물(122)이 하나 이상의 방사 파장에 노출될 때, 상기 반응물(122)의 여기를 야기할 수 있는 비-선형 증감제(120)
를 포함하며, 이때 상기 비-선형 증감제(120)가 상기 중합체 기질에 화학적으로 결합되는, 광 데이터 저장 매체(140).
제 10 항에 있어서,
상기 반응물(122) 및 상기 비-선형 증감제(120) 중 하나 또는 둘 모두가 상기 중합체 기질에 공유 결합되는 광 데이터 저장 매체(140).
제 10 항에 있어서,
상기 비-선형 증감제(120)가 하나 이상의 서브프탈로시아닌 역 포화 흡수제를 포함하는 광 데이터 저장 매체(140).
제 10 항에 있어서,
미세홀로그래픽 데이터를 저장할 수 있는 광 데이터 저장 매체(140).
제 10 항에 있어서,
상기 중합체 기질이 하나 이상의 폴리(알킬 메트아크릴레이트), 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐 아세테이트), 또는 이들의 조합을 포함하는 광 데이터 저장 매체(140).
제 10 항에 있어서,
상기 비-선형 증감제(120)가 상기 중합체 기질 내에서 3 중량%를 초과하는 로딩 수준으로 유도체화되는 광 데이터 저장 매체(140).