KR20120140630A - 광학 데이터 저장 매체에 데이터를 기록하는 방법 및 광학 데이터 저장 매체 - Google Patents

광학 데이터 저장 매체에 데이터를 기록하는 방법 및 광학 데이터 저장 매체 Download PDF

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KR20120140630A
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드미트리 블라디미로비치 딜로브
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콱 퐁 챈
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빅토르 페트로비치 오스트로베르코브
매튜 제레미아 미즈너
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명의 하나의 양태에 따르면, 광학 데이터 저장 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, (i)(a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 잠재성 산 발생제, (c) 비-선형 감광제, 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한, (ii) 상기 비-선형 감광제로부터 상기 잠재성 산 발생제로 상위(upper) 삼중항 에너지를 전달하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 포함하는 간섭 패턴을 상기 광학 데이터 저장 매체의 체적 요소에 조사하여 산을 생성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 잠재성 산 발생제는 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성이다. 상기 방법은 또한, (iii) 생성된 산을 하나 이상의 보호된 발색단과 반응시켜 하나 이상의 발색단을 형성함으로써, 상기 체적 요소 내에 굴절률 변화를 유발하는 단계; 및 (iv) 조사된 상기 체적 요소 내에서 상기 간섭 패턴에 대응하는 굴절률 변화를 생성하여, 광학적으로 판독가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명에서는 광학 데이터 저장 매체도 제공된다.

Description

광학 데이터 저장 매체에 데이터를 기록하는 방법 및 광학 데이터 저장 매체{METHOD OF RECORDING DATA IN AN OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM AND AN OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM}
본 발명은 광학 데이터 저장 매체에 데이터를 기록하는 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 홀로그램 저장 매체에 마이크로홀로그램 데이터를 기록하는 방법에 관한 것이다.
홀로그램 저장은, 감광성 매체 내에서 광의 2가지 빔의 교차에 의해 생성된 3차원 간섭 패턴의 이미지인 홀로그램으로서 데이터가 제공되는 광학 데이터 저장이다. 더욱 특히, 숫자로(digitally) 인코딩된 데이터를 함유하는 신호 빔과 기준 빔의 중첩은 상기 매체의 체적 내에 3D 간섭 패턴을 형성하여, 감광성 매체의 굴절률을 변화시키거나 조절하는 화학 반응을 제공한다(기록 단계). 상기 조절은 신호로부터의 강도 및 상 정보 둘 다를 홀로그램으로 기록한다. 이러한 홀로그램은 이후, 저장된 홀로그램 데이터와 반응하여 홀로그램 이미지를 저장하는데 사용되는 초기 신호 빔에 비례하는 재구성된 신호 빔을 생성하는 기준 빔 단독에 저장 매체를 노출됨으로써 검색될 수 있다(판독 단계).
홀로그램 데이터 저장에 대한 최근의 연구는 데이터 기록에 대한 비트별(bit-wise) 접근법에 초점이 맞추어져 있으며, 여기서는 정보의 각각의 비트(또는 소수의 비트)가, 매체 내의 미세 체적에 국지화되어 판독 광을 반사시키는 영역을 생성하는 홀로그램으로 제시된다. 이러한 국지화된 체적 홀로그램 미세-반사체는 상기 매체의 체적 전체에 걸쳐 다중 데이터 층 내로 배열될 수 있다. 비트별 데이터 저장 접근법을 수용할 수 있는 물질이 매우 인기가 있으며, 그 이유는, 상기 물질을 판독 및 기록하는데 이용되는 장비가 현재 시판되거나 시판 판독 및 기록 장비에 대한 개조로 쉽게 제공되기 때문이다.
그러나, 비트별 홀로그램 데이터를 저장하는 통상적인 방법은, 입사 복사선의 전력 밀도(강도)와 독립적인 광화학적 변화에 민감한 선형 감광성 물질(들)을 사용한다. 이러한 선형 물질은 또한, 기록 및 판독 조건 둘 다에서 광화학적 변화에 민감하다. 또한, 비트별 접근법에서, 층들 내에서 데이터를 판독 및 기록하는 것은, 인접한 층들이 기록/판독 복사선에 불가피하게 노출되도록 한다. 따라서, 선형 물질을 사용하여 비트별 홀로그램 매체를 기록/판독하는 통상적인 방법은 기록/판독 동안 매체 내에서 의도하지 않은 삭제 또는 데이터 손실을 야기한다.
따라서, 기록 단계 동안 데이터의 다른 층에 영향을 주지 않으면서 홀로그램 데이터 매체에 데이터를 기록하는 방법이 필요하다. 또한, 홀로그램 데이터를 기록하는 비트별 접근법의 경우, 판독 단계가 기록된 데이터에 부정적인 영향을 미치지 않도록 분리된 기록 및 판독 조건을 갖는 것이 필요하다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 광학 데이터 저장 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은, (i)(a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 잠재성 산 발생제, (c) 비-선형 감광제, 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함하고, (ii) 상기 비-선형 감광제로부터 상기 잠재성 산 발생제로 상위(upper) 삼중항 에너지를 전달하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 포함하는 간섭 패턴을 상기 광학 데이터 저장 매체의 체적 요소(volume element)에 조사하여 산을 생성하는 단계(이때, 상기 잠재성 산 발생제는 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성임)를 포함하며, 또한, (iii) 생성된 산을 하나 이상의 보호된 발색단과 반응시켜 하나 이상의 발색단을 형성함으로써, 상기 체적 요소 내에 굴절률 변화를 유발하는 단계; 및 (iv) 조사된 상기 체적 요소 내에서 상기 간섭 패턴에 대응하는 굴절률 변화를 생성하여, 광학적으로 판독가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 광학 데이터 저장 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은, (i)(a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 잠재성 산 발생제, (c) 비-선형 감광제, 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함하고, (ii) 상기 비-선형 감광제로부터 상기 잠재성 산 발생제로 상위 삼중항 에너지를 전달하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 포함하는 간섭 패턴을 상기 광학 데이터 저장 매체의 체적 요소에 조사하여 산을 생성하는 단계(이때, 상기 잠재성 산 발생제는 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성임)를 포함하고, 또한, (iii) 생성된 산을 복수개의 보호된 벤조페논과 반응시켜 복수개의 하이드록시 벤조페논을 형성함으로써, 상기 체적 요소 내에 굴절률 변화를 유발하는 단계; 및 (iv) 조사된 상기 체적 요소 내에서 상기 간섭 패턴에 대응하는 굴절률 변화를 생성하여, 광학적으로 판독가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 양태에 따르면, 광학 데이터 저장 매체가 제공된다. 상기 광학 데이터 저장 매체는, (a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 상위 삼중항 여기를 유발하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 흡수할 수 있는 비-선형 감광제, (c) 상기 비-선형 감광제로부터의 삼중항 여기시 산을 발생시킬 수 있고 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성인 잠재성 산 발생제, 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하며, 이때 하나 이상의 잠재성 발색단이, 생성된 산과의 반응에 의해 하나 이상의 발색단을 형성함으로써, 광학 데이터 저장 매체에 굴절률 변화를 유발할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 복수개의 잠재성 발색단은 생성되는 각각의 산에 대해 복수개의 발색단을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태, 양태, 특징 및 이점은 하기 상세한 설명, 첨부된 도면 및 첨부된 특허청구범위로부터 당업자에게 자명해질 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 특징, 양태 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 하기 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이며, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1a는 화학선에 대한 선형 감광제의 반응성을 도시한 그래프이다.
도 1b는 화학선에 대한 비-선형 감광제의 반응성을 도시한 그래프이다.
도 2는 광학 저장 매체의 단면도로서, 이는 상기 매체가 선형 감광제를 포함하는 경우의 화학선의 충돌 영역 및 상기 매체가 비-선형 감광제를 포함하는 경우의 화학선의 충돌 영역을 도시한다.
도 3은 역포화성 흡수를 나타내는 비-선형 감광제에 대한 상위 삼중항 Tn 여기된 상태 흡수 및 결과적인 에너지 전달을 도시하는 개략적 에너지 수준 도표이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 PE1 감광제의 합성에 대한 개략적 합성 반응식이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 tBOC 중합체의 합성에 대한 개략적 합성 반응식이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 MOM-중합체의 합성에 대한 개략적 합성 반응식이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시양태에 따른, 샘플에 기록된 홀로그램의 대표적 어레이의 판독 스캔이다.
[도면 부호에 대한 간단한 설명]
200: 광학 데이터 저장 매체
201: 구역
202: 입사 복사선의 초점
300: 에너지 수준 도표
301: 광자의 바닥 상태 흡수 단면
302: 계간-교차율
303: 여기된 삼중항 상태 흡수 단면
304: 비-방사성 감쇠
305: 삼중항-삼중항 에너지 전달
306: 잠재성 산 발생제로부터 산 또는 양성자의 생성
307: 잠재성 산 발생제의 삼중항 에너지
308: 감광제의 T2 상태
309: 감광제의 T1 상태
310: 반응물이 변화를 겪음
이하에서 자세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 실시양태는 비트별 접근법을 이용한 광학 데이터 저장 매체에 홀로그램 데이터를 기록하기에 적합한 방법을 포함한다.
광학 데이터 저장 매체는 열가소성 중합체 매트릭스, 비-선형 감광제, 잠재성 산 발생제, 및 잠재성 발색단을 포함한다. 비-선형 감광제는 삼중항 에너지를 잠재성 산 발생제에 전달할 수 있고, 후속적으로 입사 복사선이 역치 값 초과의 강도를 갖는 경우에서만 산을 발생시킬 수 있다. 생성된 산은 잠재성 발색단과 반응하여 상기 매체 내에서 굴절률 변화를 제공하는 발색단을 형성한다. 그러나, 잠재성 산 발생제 및 잠재성 발색단은 개별적으로 입사 복사선에 비-반응성이고, 비-선형 감광제는, 강도가 역치 값보다 낮은 경우 비-반응성이다. 따라서, 상기 매체는 바람직하게는 입사 복사선에 대해 비-선형 반응성을 나타내며, 즉 역치 값 미만의 강도를 갖는 입사 복사선에 대해서는 굴절률 변화가 없고 역치 값 초과의 경우에는 상당한 굴절률 변화를 겪는다.
유리하게는, 역치 값 초과의 강도를 갖는 입사 복사선에 의해서만 상기 매체에 기록이 가능하며, 기록된 데이터는 역치 값 미만의 강도를 갖는 복사선에 의해 반복적으로 그리고 실질적으로 비파괴적으로 판독될 수 있다. 또한, 상기 방법은 유리하게는, 다른 층들에 기록된 데이터에 악영향을 미치지 않으면서 비트별 방식으로 다중 층 내에 홀로그램 데이터를 기록할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 실시양태는 화학적 증폭에 의해 비트별 방식으로 홀로그램 데이터를 기록하는 방법을 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시양태에 따르면, 생성된 각각의 산에 대해, 복수개의 잠재성 발색단이 발색단으로 전환되어, 상기 매체 내에서 더 큰 굴절률 변화를 제공한다. 따라서, 상기 방법은 유리하게는, 더 적은 광자 또는 더 낮은 전력 밀도를 이용하면서 1 이상의 양자 효율(QE)을 가능케 한다.
명세서 및 특허청구범위 전체에 걸쳐 본원에 사용되는 근사치 용어는, 관련된 기본 기능에서의 변화를 제공하지 않고 허용가능하게 변할 수 있는 임의의 양적 표현을 수식하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약"과 같은 용어로 수식되는 값은 명시된 정확한 값으로 한정되지 않는다. 몇몇 예에서, 근사치 용어는 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 상응할 수 있다.
하기 명세서 및 특허청구범위에서, 문맥상 명확히 달리 기재되지 않는 한, 단수 형태는 복수 형태를 포함한다.
본원에 정의된 바와 같이, 광학적으로 투명한 기재 또는 광학적으로 투명한 물질에 적용되는 용어 "광학적으로 투명한"은, 상기 기재 또는 물질이 1 미만의 흡광도를 가짐을 의미한다. 즉, 입사 광의 10% 이상이 약 300 nm 내지 약 1500 nm 범위 내의 하나 이상의 파장에서 상기 물질을 투과한다는 것이다. 예컨대, 홀로그램 데이터 저장 매체에 사용하기 적합한 두께를 갖는 필름으로서 구조화되는 경우, 상기 필름은 약 300 nm 내지 약 1500 nm 범위 내의 하나 이상의 파장에서 1 미만의 흡광도를 나타낸다.
본원에서 용어 "체적 요소(volume element)"는 총 체적의 3차원 일부를 의미한다.
본원에서 용어 "광학적으로 판독가능한 데이터"는, 홀로그램 데이터 저장 매체의 하나 이상의 체적 요소 내에서 패턴화되는 홀로그램으로서 저장되는 데이터를 의미한다.
본원에서 용어 "회절 효율"은, 입사 프로브 빔 전력에 대해 홀로그램 위치에서 측정시 홀로그램에 의해 반사되는 빔 전력의 분율을 의미하고, 용어 "양자 효율"은, 흡수된 광자가, 굴절률 변화를 생성하는 화학적 변화를 제공할 확률을 의미한다.
본원에서 용어 "플루언스(fluence)"는, 빔 단면의 단위 면적을 가로지르는 광학적 빔 에너지의 양(예컨대, J/cm2로 측정됨)을 의미하고, 용어 "강도"는 복사 플럭스 밀도(radiative flux density), 예컨대 단위 시간 내에 빔 단면의 단위 면적을 가로지르는 에너지의 양(예컨대, W/cm2로 측정됨)을 의미한다.
본원에서 용어 "감도(sensitivity)"는, 레이저 광으로 필름의 스팟을 조사하는데 사용되는 플루언스의 양에 대해 수득된 지수 변화의 양으로 정의된다. 플루언스(F) 값 및 지수 변화의 양을 아는 경우, 하기 식을 이용하여 에너지 전달 공정의 감도(S)를 산정할 수 있다:
감도 = dn/F
상기 식에서,
dn은 전환 퍼센트 x dn(최대)이며, 이때 dn(최대)는 최대 전기용량 지수 변화 물질이고,
F는 실제 플루언스이다.
본원에서 용어 "방향족 라디칼"은, 하나 이상의 방향족 기를 포함하고 1 이상의 원자가를 갖는 원자들의 배열을 지칭한다. 하나 이상의 방향족 기를 포함하고 1 이상의 원자가를 갖는 원자들의 배열은 헤테로원자, 예컨대 질소, 황, 셀레늄, 규소 및 산소를 포함하거나, 또는 탄소 및 수소로 독점적으로 이루어질 수 있다. 본원에서 용어 "방향족 라디칼"은, 페닐, 피리딜, 퓨란일, 티엔일, 나프틸, 페닐렌 및 바이페닐 라디칼을 포함하지만 이로 한정되지는 않는다. 주지된 바와 같이, 방향족 라디칼은 하나 이상의 방향족 기를 함유한다. 방향족 기는 비가변적으로 4n+2의 "비편재화된" 전자를 갖는 환형 구조이며, 여기서 "n"은 1 이상의 정수이며, 페닐 기(n = 1), 티엔일 기(n = 1), 퓨란일 기(n = 1), 나프틸 기(n = 2), 아줄렌일 기(n = 2), 안트라센일 기(n = 3) 등으로 예시될 수 있다. 방향족 라디칼은 또한 비방향족 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 벤질 기는, 페닐 고리(방향족 기) 및 메틸렌 기(비방향족 성분)를 포함하는 방향족 라디칼이다. 유사하게, 테트라하이드로나프틸 라디칼은, 비방향족 성분 -(CH2)4-에 융합된 방향족 기(C6H3)를 포함하는 방향족 라디칼이다. 편의를 위해, 본원에서 용어 "방향족 라디칼"은, 넓은 범위의 작용기, 예컨대 알킬 기, 알켄일 기, 알킨일 기, 할로알킬 기, 할로방향족 기, 공액 다이엔일 기, 알코올 기, 에터 기, 알데하이드 기, 케톤 기, 카복실산 기, 아실 기(예를 들면, 카복실산 유도체, 예컨대 에스터 및 아마이드), 아민 기, 나이트로 기 등을 포함하는 것으로 정의된다. 예컨대, 4-메틸페닐 라디칼은 메틸 기를 포함하는 C7 방향족 라디칼이며, 상기 메틸 기는 알킬 기인 작용기이다. 유사하게, 2-나이트로페닐 기는 나이트로 기를 포함하는 C6 방향족 라디칼이며, 상기 나이트로 기가 작용기이다. 방향족 라디칼은 할로겐화된 방향족 라디칼, 예컨대 4-트라이플루오로 메틸 페닐, 헥사플루오로 아이소프로필리덴 비스(4-펜-1-일옥시)(즉, -OPhC(CF3)2PhO-); 4-클로로메틸펜-1-일, 3-트라이플루오로비닐-2-티엔일, 3-트라이클로로메틸펜-1-일(즉, 3-CCl3Ph-); 4-(3-브로모프로프-1-일)펜-1-일(즉, 4-BrCH2CH2CH2Ph-) 등을 포함한다. 방향족 라디칼의 다른 예는 4-알릴옥시펜-1-옥시; 4-아미노펜-1-일(즉, 4-H2NPh-); 3-아미노카보닐펜-1-일(즉, NH2COPh-); 4-벤조일펜-1-일; 다이시아노 메틸리덴 비스(4-펜-1-일옥시)(즉, -OPhC(CN)2PhO-); 3-메틸펜-1-일, 메틸렌 비스(4-펜-1-일옥시)(즉, -OPhCH2PhO-); 2-에틸펜-1-일, 페닐 에텐일, 3-폼일-2-티엔일, 2-헥실-5-퓨란일; 헥사메틸렌-1,6-비스(4-펜-1-일옥시)(즉, -OPh(CH2)6PhO-); 4-하이드록시 메틸펜-1-일(즉, 4-HOCH2Ph-); 4-머캅토메틸펜-1-일(즉, 4-HSCH2Ph-); 4-메틸티오펜-1-일(즉, 4-CH3SPh-); 3-메톡시펜-1-일; 2-메톡시 카보닐 펜-1-일옥시(예컨대, 메틸 살리실); 2-나이트로메틸펜-1-일(즉, 2-NO2CH2Ph); 3-트라이메틸실릴펜-1-일; 4-3급-부틸 다이메틸실릴펜-1-일; 4-비닐펜-1-일; 비닐리덴 비스(페닐) 등을 포함한다. 용어 "C3 - C10 방향족 라디칼"은 탄소수 3 이상 10 이하의 방향족 라디칼을 포함한다. 방향족 라디칼 1-이미다졸일(C3H2N2-)은 C3 방향족 라디칼을 나타낸다. 벤질 라디칼(C7H7-)은 C7 방향족 라디칼을 나타낸다.
본원에서 용어 "지환족 라디칼"은, 환형이지만 방향족은 아닌 원자들의 배열을 포함하고 1 이상의 원자가를 갖는 라디칼을 지칭한다. 본원에서 정의된 바와 같이 "지환족 라디칼"은 방향족 기를 함유하지 않는다. "지환족 라디칼"은 하나 이상의 비환형 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 사이클로헥실메틸 기 (C6H11CH2-)는, 사이클로헥실 고리(환형이지만 방향족은 아닌 원자들의 배열) 및 메틸렌 기(비환형 성분)를 포함하는 지환족 라디칼이다. 지환족 라디칼은 헤테로원자, 예컨대 질소, 황, 셀레늄, 규소 및 산소를 포함하거나, 또는 탄소 및 수소로 독점적으로 이루어질 수 있다. 편의를 위해, 본원에서 용어 "지환족 라디칼"은, 넓은 범위의 작용기, 예컨대 알킬 기, 알켄일 기, 알킨일 기, 할로알킬 기, 공액 다이엔일 기, 알코올 기, 에터 기, 알데하이드 기, 케톤 기, 카복실산 기, 아실 기(예컨대, 카복실산 유도체, 예컨대 에스터 및 아마이드), 아민 기, 나이트로 기 등을 포함하는 것으로 정의된다. 예컨대, 4-메틸 사이클로펜트-1-일 라디칼은 메틸 기를 포함하는 C6 지환족 라디칼이며, 상기 메틸 기는 알킬 기인 작용기이다. 유사하게, 2-나이트로사이클로부트-1-일 라디칼은 나이트로 기를 포함하는 C4 지환족 라디칼이며, 상기 나이트로 기는 작용기이다. 지환족 라디칼은, 동일하거나 상이할 수 있는 하나 이상의 할로겐 원자를 포함할 수 있다. 할로겐 원자는, 예컨대 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다. 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 지환족 라디칼은 2-트라이플루오로 메틸사이클로헥스-1-일; 4-브로모 다이플루오로 메틸 사이클로옥트-1-일; 2-클로로 다이플루오로 메틸사이클로헥스-1-일; 헥사플루오로 아이소프로필리덴-2,2-비스(사이클로헥스-4-일)(즉, -C6H10C(CF3)2 C6H10-); 2-클로로 메틸사이클로헥스-1-일; 3-다이플루오로 메틸렌 사이클로헥스-1-일; 4-트라이클로로 메틸 사이클로헥스-1-일옥시; 4-브로모 다이클로로 메틸사이클로헥스-1-일 티오; 2-브로모 에틸 사이클로펜트-1-일; 2-브로모 프로필 사이클로 헥스-1-일옥시(예컨대, CH3CHBrCH2C6H10O-) 등을 포함한다. 지환족 라디칼의 다른 예는 4-알릴옥시사이클로 헥스-1-일; 4-아미노 사이클로헥스-1-일(즉, H2NC6H10-); 4-아미노 카보닐 사이클로펜트-1-일(즉, NH2COC5H8-); 4-아세틸옥시사이클로 헥스-1-일; 2,2-다이시아노 아이소프로필리덴 비스(사이클로헥스-4-일옥시)(즉, -OC6H10C(CN)2C6H10O-); 3-메틸 사이클로헥스-1-일; 메틸렌 비스(사이클로헥스-4-일옥시)(즉, -OC6H10CH2C6H10O-); 1-에틸 사이클로부트-1-일; 사이클로 프로필 에텐일, 3-폼일-2-테트라하이드로퓨란일; 2-헥실-5-테트라하이드로퓨란일; 헥사메틸렌-1,6-비스(사이클로헥스-4-일옥시)(즉, -OC6H10(CH2)6C6H10O-); 4-하이드록시 메틸사이클로헥스-1-일(즉, 4-HOCH2C6H10-), 4-머캅토메틸 사이클로헥스-1-일(즉, 4-HSCH2C6H10-), 4-메틸 티오사이클로헥스-1-일(즉, 4-CH3SC6H10-); 4-메톡시 사이클로헥스-1-일, 2-메톡시 카보닐 사이클로헥스-1-일옥시(2-CH3OCOC6H10O-), 4-나이트로 메틸 사이클로헥스-1-일(즉, NO2CH2C6H10-); 3-트라이메틸 실릴 사이클로헥스-1-일; 2-3급-부틸 다이메틸실릴사이클로펜트-1-일; 4-트라이에톡시 실릴에틸 사이클로헥스-1-일(예컨대, (CH3O)3SiCH2CH2C6H10-); 4-비닐 사이클로헥센-1-일; 비닐리덴 비스(사이클로헥실) 등을 포함한다. 용어 "C3 - C10 지환족 라디칼"은 탄소수 3 이상 10 이하의 지환족 라디칼을 포함한다. 지환족 라디칼 2-테트라하이드로퓨란일(C4H7O-)은 C4 지환족 라디칼을 나타낸다. 사이클로헥실메틸 라디칼(C6H11CH2-)은 C7 지환족 라디칼을 나타낸다.
본원에서 용어 "지방족 라디칼"은, 환형이 아닌 원자들의 선형 또는 분지형 배열로 이루어지고 1 이상의 원자가를 갖는 유기 라디칼을 지칭한다. 지방족 라디칼은 하나 이상의 탄소 원자를 포함하는 것으로 정의된다. 지방족 라디칼을 포함하는 원자들의 배열은 헤테로원자, 예컨대 질소, 황, 규소, 셀레늄 및 산소를 포함하거나, 또는 탄소 및 수소로 독점적으로 이루어질 수 있다. 편의를 위해, 본원에서 용어 "지방족 라디칼"은, "환형이 아닌 원자들의 선형 또는 분지형 배열"의 일부로서 넓은 범위의 작용기, 예컨대 알킬 기, 알켄일 기, 알킨일 기, 할로알킬 기, 공액 다이엔일 기, 알코올 기, 에터 기, 알데하이드 기, 케톤 기, 카복실산 기, 아실 기(예컨대, 카복실산 유도체, 예컨대 에스터 및 아마이드), 아민 기, 나이트로 기 등을 포함하는 것으로 정의된다. 예컨대, 4-메틸펜트-1-일 라디칼은 메틸 기를 포함하는 C6 지방족 라디칼이며, 상기 메틸 기는 알킬 기인 작용기이다. 유사하게, 4-나이트로부트-1-일 기는 나이트로 기를 포함하는 C4 지방족 라디칼이며, 상기 나이트로 기는 작용기이다. 지방족 라디칼은, 동일하거나 상이할 수 있는 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 할로알킬 기일 수 있다. 할로겐 원자는, 예컨대 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 포함한다. 하나 이상의 할로겐 원자를 포함하는 지방족 라디칼은 알킬 할라이드 트라이플루오로메틸; 브로모다이플루오로메틸; 클로로다이플루오로메틸; 헥사플루오로아이소프로필리덴; 클로로메틸; 다이플루오로비닐리덴; 트라이클로로메틸; 브로모다이클로로메틸; 브로모에틸; 2-브로모트라이메틸렌(예컨대, -CH2CHBrCH2-) 등을 포함한다. 지방족 라디칼의 다른 예는 알릴; 아미노카보닐(즉, -CONH2); 카보닐; 2,2-다이시아노 아이소프로필리덴(즉, -CH2C(CN)2CH2-); 메틸(즉, -CH3); 메틸렌(즉, -CH2-); 에틸; 에틸렌; 폼일(즉,-CHO); 헥실; 헥사메틸렌; 하이드록시메틸(즉,-CH2OH); 머캅토메틸(즉, -CH2SH); 메틸티오(즉, -SCH3); 메틸티오메틸(즉, -CH2SCH3); 메톡시; 메톡시카보닐(즉, CH3OCO-); 나이트로메틸(즉, -CH2NO2); 티오카보닐; 트라이메틸실릴(즉, (CH3)3Si-); 3급-부틸다이메틸실릴; 3-트라이메톡시실릴프로필(즉, (CH3O)3SiCH2CH2CH2-); 비닐; 비닐리덴 등을 포함한다. 다른 예로서, C1 - C10 지방족 라디칼은 1개 이상 10개 이하의 탄소 원자를 함유한다. 메틸 기(즉, CH3-)는 C1 지방족 라디칼의 예이다. 데실 기(즉, CH3(CH2)9-)는 C10 지방족 라디칼의 예이다.
전술된 바와 같이, 데이터 저장 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, (a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 잠재성 산 발생제, (c) 비-선형 감광제 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 것을 포함한다.
본원에서 용어 "비-선형 감광제"는, 광 강도에 대한 의존성을 갖는 감도를 갖는 물질, 즉 높은 (기록) 강도에서는 감도가 높고 낮은 (판독) 강도에서는 감도가 낮은 물질을 지칭한다. 예컨대, 판독 강도가 기록 강도보다 약 20배 내지 약 50배 낮은 경우, 감도(판독 수명 시간 및/또는 판독 주기 회수에서 상기 물질이 잔존해야 한다는 특정 가정에 기초함)는 초기 감도보다 약 104배 내지 약 105배 더 큰 차수로 감소될 수 있다. 강도 및 감도에서의 이러한 차이가 상기 물질이 나타내야 하는 비-선형성의 양을 구성한다. 본원에서 용어 "비-선형 감광제" 및 "감광제"는 상호교환적으로 사용된다.
이는 도 1a 및 1b에서 추가로 예시된다. 도 1a는 입사 복사선에 대한 선형 감광성 물질의 응답을 도시하며, 도 1b는 입사 복사선에 대한 비-선형 감광제의 반응성을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 선형 감광성 물질은 기록 광의 임의의 전력 밀도(강도)에서 반응을 유발할 수 있고, 달성된 굴절률 변화의 양(Δn)은 상기 물질에 의해 수용된 동일한 복사선 에너지(플루언스)와 동일할 수 있다. 반대로, 비-선형 감광제는 단지 기록 광의 특정 광 강도에서 및 그 강도에 걸쳐 반응을 일으킬 수 있다.
전술된 바와 같이, 비-선형 감광제는, 예컨대 하나 이상의 광자 형태의 입사 복사선을 흡수한 후 그 에너지를 잠재성 산 발생제로 전달하여 산을 발생시킬 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 전형적으로 2개의 광자를 연속적으로 흡수할 수 있다. 다른 몇몇 실시양태에서, 본원에 기재된 감광제가, 흡수된 에너지를 잠재성 산 발생제로 전달하면, 이는 다시 원래 상태로 돌아가고, 상기 과정을 수회 반복할 수 있다. 따라서, 감광제는 시간에 따라 실질적으로 소모되지 않지만, 에너지를 흡수하고 이를 하나 이상의 잠재성 산 발생제로 방출시키는 감광제의 능력은 시간에 따라 열화될 수 있다. 감광제는, 에너지(전형적으로, 단일 광자)를 흡수할 수 있지만 이를 다른 분자로 전달할 수 없는 감광성 물질로서 공지된 통상적인 물질과는 달리, 새로운 구조로 전환되거나 또는 다른 분자와 반응하여 신규한 화합물을 형성한다.
하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 역포화성 흡수제(RSA)를 포함한다. 본원에서 용어 "역포화성 흡수제" 또는 "RSA"는, 주어진 파장에서 극도로 낮은 선형 흡수를 갖고, 이러한 파장에서 거의 모든 광을 투과하는 화합물이다. 그러나, 이러한 주어진 파장에서 높은 강도의 복사선으로 처리되는 경우, 낮은 수준의 선형 흡수는, 물질이 보다 높은 흡수 단면적을 갖고 동일한 파장에서 고도로 흡수성이 되는 상태를 유발하여, 후속적인 광자를 강하게 흡수하도록 할 수 있다. 이러한 비-선형 흡수는 흔히 순차적인 2-광자 흡수로서 지칭된다.
비-선형 감광제의 적합한 예는, 약 532 nm의 파장을 갖는 입사 복사선으로 조사되는 경우 광 여기(photoexcitation)를 겪는 RSA를 포함한다. 이러한 파장은 가시광 스펙트럼의 녹색 범위 이내이기 때문에, 이러한 RSA는 전형적으로 "녹색" RSA로 지칭될 수 있다. 비-선형 감광제의 다른 적합한 예는, 약 405 nm의 파장에서 입사 복사선으로 조사되어 광 여기를 겪을 수 있는 RSA, 또는 "청색" RSA를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는, 약 300 nm 내지 약 532 nm 범위의 파장에서 입사 복사선을 흡수할 수 있는 역포화성 흡수제를 포함한다. 하나의 특정 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 약 360 nm 내지 약 500 nm 범위의 파장에서 입사 복사선을 흡수할 수 있는 역포화성 흡수제를 포함한다. 하나의 특정 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 본질적으로, 약 405 nm의 파장에서 입사 복사선을 흡수하여 잠재성 산 발생제로 상위 삼중항-삼중항 에너지를 전달할 수 있는 역포화성 흡수제를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는, 상기 매체의 저장 용량이 최적화되도록 405 nm에서 역포화성 흡수제의 특성을 나타낼 수 있고, 상기 매체는 현재의 통상적인 저장 포맷, 예컨대 블루-레이(Blu-ray)와 호환성이다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 광학 저장 매체에 사용하기 적합한 비-선형 감광제는, 입사 복사선의 강도가 역치 값을 초과하는 경우에만 전술된 파장 범위의 입사 복사선을 흡수할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제가 지수(index) 연쇄 반응을 개시할 수 있는 것보다 높은 역치 값은 약 20 내지 약 300 MW/cm2의 범위이다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제가 지수 연쇄 반응을 개시할 수 있는 것보다 높은 역치 값은 약 50 내지 약 300 MW/cm2의 범위이다.
또한, 상기 비-선형 감광제는, 강도가 실질적으로 역치 값 미만인 경우에는 전술된 파장 범위에서 실질적으로 입사 복사선에 비-반응성이다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제가 실질적으로 비-반응성인 것보다 낮은 역치 값은 약 5 MW/cm2 내지 약 50 MW/cm2 범위이다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제가 실질적으로 비-반응성인 것보다 낮은 역치 값은 약 5 MW/cm2 내지 약 20 MW/cm2 범위이다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 약 300 nm 내지 약 532 nm 범위의 파장에서 낮은 흡광 또는 소광 계수(extinction coefficient)를 갖는 비-선형 감광제를 선택하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 약 360 nm 내지 약 500 nm 범위의 파장에서 약 200 cm-1M-1 미만의 소광 계수를 갖는 비-선형 감광제를 선택하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은 약 405 nm의 파장에서 약 200 cm-1M-1 미만의 소광 계수를 갖는 비-선형 감광제를 선택하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은 약 405 nm의 파장에서 낮은 바닥 상태 흡수 및 매우 높은 여기된 상태 흡수(RSA 특성)를 갖는 비-선형 감광제를 선택하는 것을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 백금 에틴일 착체를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 트랜스 백금 에틴일 착체를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일바이페닐)백금(PPE), 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-1-(2-페닐에틴일) 벤젠)백금(PE2), 비스(1-에틴일-4-(4-n-부틸페닐에틴일)벤젠)비스(트라이-n-부틸)포스핀)Pt(II)(n-Bu-PE2), 비스(1-에틴일-4-(4-플루오로페닐에틴일)벤젠)비스(트라이-n-부틸)포스핀)Pt(II)(F-PE2), 비스(1-에틴일-4-(4-메톡시페닐에틴일)벤젠) 비스(트라이-n-부틸)포스핀)Pt(II)(MeO-PE2), 비스(1-에틴일-4-(4-메틸페닐에틴일)벤젠) 비스(트라이-n-부틸)포스핀)Pt(II)(Me-PE2), 비스(1-에틴일-4-(3,5-다이메톡시페닐에틴일)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(3,5-다이MeO-PE2), 비스(1-에틴일-4-(4-N,N-다이메틸아미노페닐에틴일)벤젠)비스(트라이-n-부틸-포스핀)Pt(II)(DMA-PE2) 또는 이들의 조합물을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-1-메톡시 벤젠)백금(PE1-OMe), 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-1-플루오로 벤젠)백금(PE1-F), 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-1-메틸 벤젠)백금(PE1-Me), 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-2,5-메톡시 벤젠)백금(PE1-(OMe)2) 또는 이들의 조합물을 포함한다. 본원에 열거된 비-선형 감광제 또는 역포화성 흡수 분자는 예시적이며, 비-선형 흡수를 나타내는 역포화성 흡수 분자 또는 다른 분자의 매우 많은 변종들이 본원에 개시된 광학 데이터 저장 매체에 사용될 수 있다.
본원에서 용어 "잠재성 산 발생제"는, 자극에 노출 시 산 또는 양성자를 발생시킬 수 있는 물질을 지칭한다. 하나의 실시양태에서, 잠재성 산 발생제는 비-선형 감광제에서 잠재성 산 발생제로의 삼중항 에너지 전달시 산을 발생시킬 수 있다. 특정 실시양태에서, 잠재성 산 발생제는 비-선형 감광제로부터의 삼중항 에너지 전달시에만 산을 발생시킬 수 있고, 다르게는 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성이다. 본원에서 용어 "비-반응성"은, 잠재성 산 발생제가 기록 단계 동안 광학 저장 매체 상에 조사된 입사 복사선에 실질적으로 투명하거나 또는 이를 흡수하지 않음을 의미한다. 따라서, 몇몇 실시양태에 따르면, 잠재성 산 발생제는 실질적으로 입사 복사선에 비-반응성이고, 비-선형 감광제의 부재 하에는 산을 발생시키지 않는다. 이는, "광산 발생제"가 사용되고 광산 발생제가 복사선에 노출될 때 직접 산이 발생될 수 있는 포토레지스트 시스템과 다르다.
도 3을 참조하면, 개략적인 에너지 수준 도표(300)가 제공된다. 도표(300)는 상위 삼중항 Tn 여기된 상태 흡수, 및 역포화성 흡수를 나타내는 감광제로의 결과적인 에너지 전달을 도시한다. 본 발명의 광학 데이터 저장 매체에 사용되는 잠재성 산 발생제는, 감광제의 T2 상태(화살표 308로 도시됨) 아래쪽 및 감광제의 T1 상태(화살표 309로 도시됨) 위쪽의 삼중항 에너지(화살표 307로 도시됨)를 갖는다. 또한, 잠재성 산 발생제는 감광제의 상위 삼중항 상태(T2 이상)로부터 에너지를 받고 반응을 거쳐 산을 발생시키고, 상기 산은 잠재성 발색단과 반응하여, 중합체 매트릭스 내의 굴절률 변화 및 따라서 기록된 홀로그램을 제공하는 발색단을 형성할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 감광제로부터의 삼중항 여기시 산을 발생시킬 수 있는 잠재성 산 발생제를 선택하는 것을 포함하고, 이때 잠재성 산 발생제는 기록 단계 동안 사용되는 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성이다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 감광제의 T2 상태 아래쪽 및 감광제의 T1 상태 위쪽의 삼중항 에너지를 갖는 잠재성 산 발생제를 선택하는 것을 포함한다.
또한, 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 약 300 nm 내지 약 532 nm 범위의 파장에서 낮은 흡광 또는 소광 계수를 갖는 잠재성 산 발생제를 선택하는 것을 포함한다. 하나의 특정 실시양태에서, 상기 방법은, 약 360 nm 내지 약 500 nm 범위의 파장에서 낮은 흡광 또는 소광 계수를 갖는 잠재성 산 발생제를 선택하는 것을 포함한다. 하나의 특정 실시양태에서, 상기 방법은, 약 405 nm의 파장에서 낮은 흡광 또는 소광 계수를 갖는 잠재성 산 발생제를 선택하는 것을 포함한다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 산 발생제는 설포늄 염, 요오드늄 염, 설포네이트, 트라이플레이트 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 잠재성 산 발생제의 비제한적 예로는 (4-브로모페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-클로로페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-플루오로페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-요오도페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-메톡시페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-메틸페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-메틸티오페닐)메틸 페닐 설포늄 트라이플레이트, (4-페녹시페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-페닐티오페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (4-3급-부틸페닐)다이페닐설포늄 트라이플레이트, (3급-부톡시카보닐메톡시나프틸)-다이페닐설포늄 트라이플레이트, Boc-메톡시페닐다이페닐설포늄 트라이플레이트, 트라이페닐설포늄 트라이플레이트, 비스(4-3급-부틸페닐)요오드늄 p-톨루엔설포네이트, 비스(4-3급-부틸페닐)요오드늄 퍼플루오로-1-부탄설포네이트, 비스(4-3급-부틸페닐)요오드늄 트라이플레이트, 다이페닐요오드늄 헥사플루오로포스페이트, 다이페닐요오드늄 나이트레이트, 다이페닐요오드늄 p-톨루엔설포네이트, 다이페닐요오드늄 퍼플루오로-1-부탄설포네이트, 다이페닐요오드늄 트라이플레이트, 2-(4-메톡시스티릴)-4,6-비스(트라이클로로메틸)-1,3,5-트라이아진, N-하이드록시나프탈이미드 트라이플레이트, N-하이드록시-5-노보넨-2,3-다이카복스이미드 퍼플루오로-1-부탄설포네이트, 트라이페닐설포늄 퍼플루오로-1-부탄설포네이트, 트리스(4-3급-부틸페닐)설포늄 퍼플루오로-1-부탄설포네이트, 트리스(4-3급-부틸페닐)설포늄 트라이플레이트, 트라이아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트 및 이들의 조합물을 포함한다.
본원에서 용어 "반응물"은, 화학적 변화를 거쳐, 매체 내에서 굴절률 변화를 조절하는 "생성물"을 형성할 수 있는 물질을 지칭한다. 하나의 실시양태에서, 반응물은 잠재성 발색단을 포함한다. 본원에서 용어 "잠재성 발색단"은, 자극에 반응하여 발색단을 형성할 수 있는 물질을 지칭한다. 또한, 용어 "잠재성 발색단"은, 잠재성 발색단과 상이한 흡수 또는 광학 특징을 갖는 발색단을 형성할 수 있는 물질을 지칭한다. 따라서, 홀로그램의 기록 또는 기록 단계 동안 발색단이 생성되면 반응물(잠재성 발색단) 및 생성물(발색단) 농도의 영역별 차이 및 이에 따른 굴절률의 국부적 조절을 유발한다.
이는, 굴절률의 조절이 단량체의 중합에 의해 영향을 받고 이로써 광학 데이터 저장 매체의 치수 변화가 유발될 수 있는 광학 데이터 저장 매체의 광중합체-기반 기록과는 다르다. 이는 또한, 산의 존재 하에 반응물이 수용성/불용성이 되지만 굴절률이 조절되지 않는 포토레지스트 시스템과도 다르다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은 기록 단계 동안 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성이다. 또한, 몇몇 실시양태에서, 잠재성 발색단은 단지 간접적으로(예컨대, 산과 접촉시) 발색단을 생성하며, 입사 복사선에 직접 노출시에는 발색단을 생성하지 않는다. 따라서, 잠재성 발색단은 비-선형 감광제 또는 잠재성 산 발생제의 부재 하에 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성이다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은 보호된 발색단을 포함한다. 본원에서 용어 "보호된 발색단"은, 보호기로 치환된 발색단 분자를 지칭한다. 본원에서 용어 "보호기"는, 잠재성 발색단 분자 상의 하이드록실, 질소 또는 다른 헤테로원자에 결합시 상기 기에서 바람직하지 않은 반응이 일어나지 않도록 방지하고, 산 촉매 탈보호에 의해 제거되어 '비보호된' 하이드록실, 질소 또는 다른 헤테로원자 기를 생성하는 임의의 기를 지칭한다. 몇몇 실시양태에서, 보호기는 에스터, 예컨대 3급-부틸옥시카보닐(t-BOC) 또는 아세탈 및 케탈, 예컨대 메톡시 메틸 에터(MOM) 기를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은 산 반응성 기, 또는 산 또는 양성자로 처리시 분할되기 쉬운 기를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은 보호된 벤조페논을 포함한다. 본원에서 용어 "보호된 벤조페논"은, 보호기로 치환된 벤조페논 분자를 지칭한다. 하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은, 산 반응성 기 또는 산 또는 양성자로 처리시 분할되기 쉬운 기로 치환된 벤조페논을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단으로부터 형성된 발색단은 하이드록시-벤조페논을 포함한다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은 하기 화학식 I의 잔부를 포함한다:
[화학식 I]
Figure pat00001
상기 식에서,
"a"는 1 내지 5의 정수이고;
"b"는 1 내지 4의 정수이고;
R1은 보호기이고;
R2 및 R3은 각각의 경우 서로 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20 지방족 라디칼, C3-C20 지환족 라디칼 또는 C2-C30 방향족 라디칼이고;
R4는 수소 또는 OR1이다.
보호기는 상기 정의된 바와 같다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 발색단은 하기 화학식 II 내지 V의 잔부를 포함한다:
[화학식 II]
Figure pat00002
[화학식 III]
Figure pat00003
[화학식 IV]
Figure pat00004
[화학식 V]
Figure pat00005
상기 식에서,
"a"는 1 내지 5의 정수이고,
"b"는 1 내지 4의 정수이고,
R1은 보호기이고,
R2 및 R3은 각각의 경우 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20 지방족 라디칼, C3-C20 지환족 라디칼 또는 C2-C30 방향족 라디칼이고,
R4는 수소 또는 OR1이다.
보호기는 상기 정의된 바와 같다.
몇몇 실시양태에서, 상기 반응물은 상기 열가소성 중합체 매트릭스에 분산된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 잠재성 발색단은 상기 중합체 매트릭스에 실질적으로 균일하게 분산될 수 있다. 몇몇 다른 실시양태에서, 상기 반응물은 상기 중합체 매트릭스에 결합된다. 몇몇 실시양태에서, 상기 반응물은 상기 중합체 매트릭스에 공유적으로 부착되거나, 또는 달리 결합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시양태에서, 보호된 벤조페논으로 작용화된 중합체가 상기 중합체 매트릭스로서 이용될 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 전술된 바와 같이, 상기 잠재성 발색단은 상기 중합체 매트릭스에 화학적으로 결합될 수 있다. 이러한 경우, 몇몇 실시양태에서, 화학식 I 내지 V의 잔부는, 상기 중합체 매트릭스에 화학적으로 결합될 수 있는 작용기를 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시양태에서, 화학식 I 내지 V의 잔부는, 중합 반응을 겪고 상기 열가소성 중합체 매트릭스를 형성할 수 있는 작용기(예를 들어, 비닐 기)를 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 화학식 I 내지 V에서 R2 및 R3은 또한, 상기 열가소성 매트릭스에 결합될 수 있거나 중합 반응에 의해 상기 열가소성 매트릭스를 형성할 수 있는 작용기를 포함한다.
상기 열가소성 중합체 매트릭스는 선형, 분지형 또는 가교형 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 감광제인 한, 임의의 중합체가 사용될 수 있고, 상기 반응물은 상기 중합체에 실질적으로 균일하게 분산될 수 있거나, 또는 다르게는 상기 반응물은 이에 용이하게 결합될 수 있다. 또한, 이용된 임의의 중합체는 바람직하게는 상위 삼중항 에너지 전달 과정을 실질적으로 방해하지 않을 수 있다. 상기 중합체 매트릭스는 바람직하게는 광학적으로 투과성인 입자를 포함하거나, 또는 적어도 광학 데이터 저장 매체을 기록하거나 판독하는데 고려되는 파장에서 높은 투과성을 갖는다.
상기 중합체 매트릭스에 사용하기 적합한 중합체의 구체적인 예는 비제한적으로 폴리(알킬 메타크릴레이트), 예컨대 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리비닐 알코올, 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐 아세테이트) 및 이들의 조합물을 포함한다. 전술된 바와 같이, 상기 반응물은 또한 상기 중합체 매트릭스에 공유적으로 부착되거나, 또는 달리 결합될 수 있다. 예를 들어, 벤조페논 잔부를 포함하는 폴리아크릴레이트와 같은 중합체는 용이하게 이용가능하거나, 또는 벤조페논 잔부를 포함하도록 용이하게 작용화된다.
전술된 바와 같이, 상기 광학 저장 매체 내의 굴절률 변화는 상기 잠재성 발색단으로부터의 발색단의 형성에 의해 영향을 받는다. 이는, 매체가 단량체의 광-개시된 중합에 의해 기록되는 광중합체-기재 광학 데이터 저장 매체와는 대조적이다. 따라서, 데이터의 기록을 수반하는 치수 변화는 광중합체를 사용하는 데이터 기록과 관련된 치수 변화보다 적을 수 있다. 또한, 본 발명의 열가소성 중합체 매트릭스-기재 광학 데이터 저장 매체는 유리하게는, 겔형 광중합체-기재 매체와는 대조적으로, 안정하고 실질적으로 강성의 매체를 제공한다.
하나의 실시양태에서, 본 발명의 방법은, 목적 성분을 갖는 광학 데이터 저장 매체를 입수하거나 수득함으로써 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 광학 데이터 저장 매체를 준비하거나 제조함으로써 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 본원에 기술된 광학 데이터 저장 매체는, 목적하는 잠재성 산 발생제, 감광제, 반응물 및 중합체 매트릭스를 배합함으로써 제조될 수 있다. 몇몇 다른 실시양태에서, 상기 반응물이 상기 중합체 매트릭스에 결합되는 경우, 본원에 기술된 광학 데이터 저장 매체는, 목적하는 잠재성 산 발생제, 감광제, 반응물, 및 결합된 반응물을 포함하는 중합체 매트릭스를 블렌딩함으로써 제조될 수 있다. 이들의 비율은 광범위한 범위에 걸쳐 변할 수 있고, 배합하는 최적 비율 및 방법은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은 또한 광학 데이터 저장 매체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 상기 제조 방법은, 열가소성 중합체 매트릭스, 비-선형 감광제, 잠재성 산 발생제 및 반응물을 포함하는 조성물의 필름, 압출물 또는 사출 성형된 부분을 형성하는 단계를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 열가소성 중합체 매트릭스, 비-선형 감광제, 잠재성 산 발생제 및 반응물을 포함하는 조성물을 용매-캐스팅, 스핀-코팅, 사출 성형 또는 압출하는 단계를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 잠재성 산 발생제는 광학 데이터 저장 매체의 약 0.01 내지 약 15 중량%의 양으로 존재한다. 다른 실시양태에서, 잠재성 산 발생제는 광학 데이터 저장 매체의 약 0.1 내지 약 10 중량%의 양으로 존재한다.
광학 데이터 저장 매체에 사용된 비-선형 감광제의 양은, 홀로그램을 기록하는데 사용된 광의 파장에서의 광학 밀도에 따라 변할 수 있다. 감광제의 용해도가 또한 인자일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 비-선형 감광제는 광학 데이터 저장 매체의 약 0.001 내지 약 15 중량%의 양으로 존재한다. 다른 실시양태에서, 감광제는 광학 데이터 저장 매체의 약 0.01 내지 약 10 중량%의 양으로 존재한다. 또 다른 실시양태에서, 감광제는 광학 데이터 저장 매체의 약 0.1 내지 약 10 중량%의 양으로 존재한다.
상기 반응물은, 상기 중합체 매트릭스 내에서 광학 특성의 큰 변화를 야기하고 효율적인 화학적 증폭을 촉진하기 위해 비교적 높은 농도로 존재할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 반응물은 광학 데이터 저장 매체의 약 5 내지 약 95 중량%의 양으로 광학 데이터 저장 매체에 존재한다. 다른 실시양태에서, 상기 반응물은 광학 데이터 저장 매체의 약 10 내지 약 90 중량%의 양으로 광학 데이터 저장 매체에 존재한다. 또다른 실시양태에서, 상기 반응물은 광학 데이터 저장 매체의 약 20 내지 약 80 중량%의 양으로 광학 데이터 저장 매체에 존재한다.
하나의 실시양태에서, 광학 데이터 저장 매체는 또한, 비-선형 감광제로부터 잠재성 산 발생제로 삼중항 에너지를 전달할 수 있는 매개체를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 매개체의 삼중항 상태는 바람직하게는 (a) 감광제의 삼중항 상태(Tn; n>1)보다 낮지만 감광제의 T1보다 높고, (b) 잠재성 산 발생제의 삼중항 상태(T1)보다 높거나, 또는 약 55 kcal/mol 내지 약 90 kcal/mol이다. 하나의 실시양태에서, 상기 매개체가 중합체 매트릭스 내에 분산되는 경우, 상기 매개체는 중합체 매트릭스 내에 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
적합한 매개체의 예는 비제한적으로 아세토페논(T1m ≒ 78 kcal/mol), 다이메틸프탈레이트(T1m ≒ 73 kcal/mol), 프로피오페논(T1m ≒ 72.8 kcal/mol), 이소부티로페논(T1m ≒ 71.9 kcal/mol), 사이클로프로필페닐케톤(T1m ≒ 71.7 kcal/mol), 데옥시벤조인(T1m ≒ 71.7 kcal/mol), 카바졸(T1m ≒ 69.76 kcal/mol), 다이페닐렌옥사이드(T1m ≒ 69.76 kcal/mol), 다이벤조티오펜(T1m ≒ 69.5 kcal/mol), 2-다이벤조일벤젠(T1m ≒ 68.57 kcal/mol), 벤조페논(T1m ≒ 68 kcal/mol), 폴리비닐벤조페논(T1m ≒ 68 kcal/mol), 1,4-다이아세틸벤젠(T1m ≒ 67.38 kcal/mol), 9H-플루오렌(T1m ≒ 67 kcal/mol), 트라이아세틸벤젠(T1m ≒ 65.7 kcal/mol), 티옥잔톤(T1m ≒ 65.2 kcal/mol), 바이페닐(T1m ≒ 65 kcal/mol), 페난트렌(T1m ≒ 62 kcal/mol), 페난트렌(T1m ≒ 61.9 kcal/mol), 플라본(T1m ≒ 61.9 kcal/mol), 1-나프토나이트릴(T1m ≒ 57.2 kcal/mol), 폴리(나프토일스타이렌)(T1m ≒ 55.7 kcal/mol), 플루오렌온(T1m ≒ 55 kcal/mol) 및 이들의 조합을 포함한다.
하나의 실시양태에서, 광학 데이터 저장 매체는 또한 염기를 포함하고, 이때 염기는 광학 데이터 저장 매체 내의 잠재성 산 발생제의 약 0.1 내지 약 10 mol%의 양으로 존재한다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 염기는 잠재성 발색단의 목적 탈보호 후에 산의 켄칭을 제공하고 매체의 수명을 연장시키는 것으로 여겨진다.
본원에 기술된 광학 데이터 저장 매체는 자가-지지(self-supporting) 형태일 수 있다. 다르게는, 상기 데이터 저장 매체는 지지체 물질, 예컨대 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리스타이렌 또는 셀룰로스 아세테이트 상에 코팅될 수 있다. 무기 지지체 물질, 예컨대 유리, 석영 또는 규소가 또한, 지지체 물질의 사용이 요구될 수 있는 실시양태에 사용될 수 있다.
이러한 실시양태에서, 지지체에 대한 광학 데이터 저장 매체의 부착성을 개선하기 위하여 지지체 물질의 표면을 처리할 수 있다. 예를 들어, 광학 데이터 저장 매체를 적용하기 전에 코로나 방전에 의해 지지체 물질의 표면을 처리할 수 있다. 다르게는, 언더코팅, 예컨대 할로겐화된 페놀 또는 부분적으로 가수분해된 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 공중합체를 지지체 물질에 적용하여 저장 매체의 부착성을 증가시킬 수 있다.
상기 방법은 또한, 비-선형 감광제로부터 잠재성 산 발생제로 상위 삼중항 에너지를 전달하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 포함하는 간섭 패턴을 광학 데이터 저장 매체의 체적 요소에 조사하여 산을 생성하는 단계를 추가로 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 강도가 역치 값 미만인 경우에는 비-선형 감광제가 파장 범위 내에서 낮은 흡광도 또는 낮은 소광 계수를 갖고 강도가 역치 값 초과인 경우에는 높은 흡광도를 갖도록 입사 복사선의 파장 및 강도 값을 선택하는 단계를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 약 300 nm 내지 약 532 nm의 파장을 갖는 입사 복사선을 매체에 조사하는 단계를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 약 300 nm 내지 약 532 nm의 파장을 갖는 입사 복사선을 매체에 조사하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 방법은, 약 405 nm의 파장을 갖는 입사 복사선을 매체에 조사하는 단계를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 역치 값 초과의 강도를 갖는 입사 복사선을 광학 데이터 저장 매체에 조사하는 단계를 포함한다. 용어 "역치 값"은, 강도가 역치 값 미만인 경우에 비-선형 감광제가 갖는 흡광도보다 큰 흡광도를 갖는 입사 복사선의 강도를 지칭한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 주변광의 100배 이상의 강도를 갖는 입사 복사선을 광학 데이터 저장 매체에 조사하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 방법은, 약 405 nm의 파장 및 역치보다 높은 강도를 갖는 입사 복사선을 매체에 조사하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 방법은 약 405 nm의 파장 및 약 50 MW/cm2 내지 약 300 MW/cm2의 강도를 갖는 입사 복사선을 매체에 조사하는 단계를 포함한다.
전술된 바와 같이, 상기 방법은, 비-선형 감광제로부터 잠재성 산 발생제로 상위 삼중항 에너지를 전달하는 단계를 포함한다. 본원에서 용어 "상위 삼중항 에너지 전달"은, 비-선형 감광제의 상위 삼중항 에너지 상태(Tn)와 잠재성 산 발생제의 T1 상태 간의 에너지의 비-방사성 전달을 지칭한다.
상위 삼중항 에너지 전달의 이러한 단계가 도 3에 추가로 도시된다. 도 3은 상위 삼중항 Tn 여기된 상태 흡수 및 역포화성 흡수를 나타내는 감광제로의 생성된 에너지 전달을 나타내는 개략적인 에너지 수준 도표이다. 에너지 수준 도표 300에 도시된 바와 같이, 화살표 301은 단일항 바닥 상태(S0)로부터 제1 여기된 상태(S1)로 전이되는 광자의 바닥 상태 흡광도 도면 단면을 도시한다. 화살표 302에 의해 표시되는 계간-교차율(intersystem-crossing rate)은, 감광제가 여기된 단일항 상태(S1)로부터 상응하는 삼중항 상태(T1)로 이동하는 경우 발생하는 에너지의 전달을 의미한다. 화살표 303은 여기된 삼중항 상태 흡수 단면을 나타낸다. 상위 수준 삼중항 상태(Tn)가 후속 선형 흡수에 의해 달성되면, 2개의 상위 여기된 감쇠 과정이 가능하다. 도 3의 화살표 304에 의해 표시되는 하나의 가능한 감쇠 과정은, 더 아래쪽에 위치하는 T1 상태로의 내부 전환(IC)에 의한 비-방사성 감쇠(relaxation)이다. 다른 가능한 감쇠 과정은 도 3의 화살표 305에 의해 표시되고, 감광제로부터의 에너지의 방출, 및 삼중-삼중항 에너지 전달을 통한 잠재성 산 발생제로의 에너지의 전달을 포함한다. 상기 방법은, 306에 의해 표시되는 바와 같은 잠재성 산 발생제로부터의 산 또는 양성자의 발생을 추가로 포함한다.
상기 방법은 또한, 하나 이상의 잠재성 발색단을 생성된 산과 반응시켜 하나 이상의 발색단을 형성하는 단계를 포함한다. 전술된 바와 같이, 잠재성 산 발생제로부터 생성된 산 또는 양성자는, 산에 불안정한 보호 기를 갖는 발색단의 산-기반 탈보호를 촉진하여 발색단을 형성한다. 잠재성 발색단으로부터 발색단의 생성은 발색단 및 잠재성 발색단 농도의 국부적인 조절을 야기하고, 물질의 흡광도에서의 이러한 변화는 체적 요소 내의 굴절률에 변화를 생성한다. 조사된 체적 요소 내의 이러한 발색단의 생성은 간섭 패턴에 대응하는 굴절률 변화를 생성하여, 광학적으로 판독가능한 데이터 또는 홀로그램을 생성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반응물은 변화(310으로 나타냄)를 겪어 홀로그램 격자를 형성하고, 거기에 데이터를 기록한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은 홀로그램을 기록하는 단계를 포함한다. 다른 실시양태에서, 상기 방법은 마이크로홀로그램을 기록하는 단계를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 복수개의 잠재성 발색단을 각각의 생성된 산과 반응시켜 복수개의 발색단을 형성하는 단계를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 방법은, 복수개의 보호된 벤조페논을 각각의 생성된 산과 반응시켜 복수개의 하이드록시-벤조페논을 형성하는 단계를 포함한다. 임의의 이론에 구애됨이 없이, 인접한 분자의 탈보호를 위한 산을 제공하기 위해 잠재성 발색단이 산을 소모하지 않거나 잠재성 발색단이 산을 재생성하지 않음으로써, 각각의 생성된 산에 대한 다중 탈보호를 제공한다고 여겨진다.
전술된 바와 같이, 산 또는 양성자는 비-선형 감광제로부터 잠재성 산 발생제로의 상위 삼중항 에너지 전달시 잠재성 산 발생제로부터 생성된다. 몇몇 실시양태에서, 각각의 생성된 양성자의 경우, 잠재성 발색단의 다중 탈보호는 다중 발색단을 생성할 수 있다. 따라서 몇몇 실시양태에서, 상기 방법은, 흡수된 광자마다 많은 새로운 분자(발색단)이 형성되어 화학적 증폭을 제공하는 연쇄 반응을 포함한다. 따라서, 굴절률에서의 비교적 큰 변화 또는 높은 감도는 기록 빔에 적게 노출되는 경우 수득될 수 있다. 또한, 상기 방법은 유리하게는 더 적은 광자 또는 전력 밀도를 사용하면서 1 이상의 양자 효율(QE)을 가능하게 한다.
하나의 실시양태에서, 상기 방법은 유리하게는 약 5×10-4cm2/J 초과의 감도 값을 가능하게 한다. 다른 실시양태에서, 상기 방법은 유리하게는 약 1×10-3cm2/J 초과의 감도 값을 가능하게 한다. 또 다른 실시양태에서, 상기 방법은 유리하게는 약 2×10-3cm2/J 초과의 감도 값을 가능하게 한다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 방법은 유리하게는 광학 데이터 저장 매체에 마이크로홀로그램 정보의 비트별 기록을 가능하게 한다. 본 발명의 광학 데이터 저장 매체에 사용되는 비-선형 감광제는, 잠재성 산 발생제에 대해 매우 짧은 수명(나노초에서 몇 마이크로초)을 갖는 상위 삼중항 상태(Tn, 이 때 n>1)로부터 에너지를 전달할 수 있다. Tn 상태로부터 에너지를 전달하는 능력은, 비-선형 또는 역치 특성을 갖는 본 발명의 광학 저장 매체를 제공한다. 즉, Tn 여기된 상태 흡수는 감광제가 고강도 광에 의해 여기될 경우에만 주목할 만하고, 낮은 에너지 복사선에 의해 여기될 경우에는 무시할 정도로 작다. 이는, 비-선형 감광제를 포함하는 본 발명의 광학 데이터 저장 매체가 실질적으로 투명하고 저강도 복사선(예를 들어, 판독 광 또는 주변광)에 대해 비활성을 유지하게 하고, 고에너지 기록 광(예를 들어, 102 이상 또는 판독 광 초과의 강도를 갖는 광)에 반응하여 그 특성(흡광도 및 굴절률)만 변화되게 한다. 그 결과, 본 발명의 광학 데이터 저장 매체는 마이크로홀로그램 정보의 비트별 기록에 바람직한 비-선형 역치 거동을 나타낸다.
또한, 상기 방법은 유리하게는 기록 및/또는 판독 단계 동안 다른 층의 데이터에 영향을 미치지 않고 다중층의 마이크로홀로그램 데이터를 기록하는 것을 가능하게 한다. 이는, 선형 감광제를 포함하는 매체와 대조적이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선형 감광 물질을 포함하는 광학 데이터 저장 매체(200)에서 역학적 범위(dynamic range)의 소모는, 구역(201)에 나타낸 바와 같이 비-어드레싱된(non-addressed) 체적에서(실질적으로, 입사 복사선이 통과하는 어디에서든) 일어날 수 있다. 그에 반해, 광학 데이터 저장 매체(200)가 비-선형 감광제를 포함하는 경우, 비-어드레싱된 체적 내의 역학적 범위의 소모는 감소되거나 제거되어, 이러한 소모는 실질적으로 표적 체적, 즉 입사 복사선의 초점(202)에서만 일어날 수 있다. 본 발명의 광학 데이터 저장 매체에 비-선형 감광제를 사용하면, 이전에 기록된 데이터의 인접한 층 또는 후속 기록이 가능한 빈 공간이 파괴되지 않고, 벌크 매체에 묻혀있는 비트별 데이터 층 내로 기록하는 것이 용이해진다.
또한, 엄격하게 초점이 맞춰진 레이저 빔의 광 강도는 초점의 깊이에 걸쳐 극적으로 변하고 일반적으로 빔 웨이스트(beam waist, 가장 좁은 단면)에서 최대이기 때문에, 매체의 역치 반응은 자연적으로 빔 웨이스트 바로 근처에서만 물질 전환이 일어나도록 제한할 것이다. 이는, 각각의 층 내에서 마이크로홀로그램 크기의 감소를 유발하여, 본 발명의 매체의 층 데이터 저장 용량의 증가를 용이하게 하고, 상기 매체의 전체 데이터 저장 용량을 또한 증가할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시양태에 따른 방법에 의해 제조된 광학 데이터 저장 매체는 또한 유리하게는, 주변광에 대한 노출이 매체의 실질적인 저하 또는 손상을 초래하지는 않도록 주변광에서 실질적으로 안정할 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 본 발명의 방법은 유리하게는, 높은 데이터 밀도로 마이크로홀로그램을 기록하기에 적합한 굴절률 변화(△n), 예를 들어 약 0.005 이상 또는 약 0.05 이상의 굴절률 변화를 나타내는 광학 저장 정보 매체를 제공한다. 본 발명의 광학 데이터 저장 매체에 의해 달성될 수 있는 굴절률 변화/회절 효율 때문에, 상기 매체는 CD 한 개 또는 DVD 한 개 정도의 크기의 디스크에 약 1TB의 정보를 저장할 수 있을 것이다.
하나의 실시양태에서, 광학 데이터 저장 매체에 홀로그램 정보를 기록하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, (i)(a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 잠재성 산 발생제, (c) 비-선형 감광제 및 (d) 보호된 벤조페논을 포함하는 반응물을 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, (ii) 상기 비-선형 감광제로부터 상기 잠재성 산 발생제로 상위 삼중항 에너지를 전달하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 포함하는 간섭 패턴을 상기 광학 데이터 저장 매체의 체적 요소에 조사하여 산을 생성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 잠재성 산 발생제는 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성이다. 상기 방법은 또한, (iii) 생성된 산을 복수개의 보호된 발색단과 반응시켜 복수개의 발색단을 형성함으로써, 상기 체적 요소 내에 굴절률 변화를 유발하는 단계; 및 (iv) 조사된 상기 체적 요소 내에서 상기 간섭 패턴에 대응하는 굴절률 변화를 생성하여, 광학적으로 판독가능한 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 광학 데이터 저장 매체가 제공된다. 상기 광학 데이터 저장 매체는, (a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 상위 삼중항 여기를 유발하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 흡수할 수 있는 비-선형 감광제, (c) 상기 비-선형 감광제로부터의 삼중항 여기시 산을 발생시킬 수 있고 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성인 잠재성 산 발생제, 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하고, 이때 하나 이상의 잠재성 발색단이, 생성된 산과의 반응에 의해 하나 이상의 발색단을 형성함으로써, 광학 데이터 저장 매체에 굴절률 변화를 유발할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 복수개의 잠재성 발색단은 각각의 생성된 산에 대해 복수개의 발색단을 형성할 수 있다.
[실시예]
실시예 1: 비-선형 감광제( PE1 , PPE 및 PE2 )의 합성
PE1 및 PE2는 백금 에틴일 착체인 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-벤젠)백금 및 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에틴일-1-(2-페닐에틴일)벤젠)백금을 각각 일컫는다. 이들 백금 에틴일 착체를 명명하는 프로토콜은 페닐 에틴일 기에 기초한다. 예를 들어, PE1은 한쌍의 페닐에틴일 기를 갖는 착체를 지칭하고, PE2는 두 쌍의 페닐에틴일 기를 갖는 착체를 지칭하고, PPE는 한 쌍의 페닐페닐에틴일(PPE) 기를 갖는 착체를 지칭한다.
PE1 Pt-에틴일 착체(3)의 합성은 도 4에 도시된 바와 같이, 및 문헌[J.Phys. Chem. A 2002, 106, 10108-10115]에 기재된 바와 같이, 말단 페닐 아세틸렌(2)과 PtCl2(PBu3)2의 구리-촉진된 커플링을 통해 진행된다. R 기는, 평가를 위한 다양한 물질을 제공하도록 표 1에 나타낸 바와 같이 상이할 수 있다. PPE 유도체의 경우, 페닐 아세틸렌의 바이페닐 유도체가 사용되었다.
PE2-계 비-선형 감광제의 합성 및 광학 특징은, 동시 계류중인 미국 특허 출원 제12/551410호, 대리인 사건 번호 236639-1(본 발명의 교시에 직접적으로 모순되지 않는 한, 임의의 및 모든 목적을 위해 그 전체를 본원에 참조로 인용함)에 상세히 기재되어 있다.
실시예 2: 선형 광학 측정
전술된 바와 같이, 청색 RSA 염료는 405nm에서의 최소 흡수가 필요하다. 실시예 1에 따라 제조된 백금-에틴일 착체의 UV-가시광 스펙트럼을 취하고, 파장의 함수로서 소광 계수로 전환시킴으로써 흡수를 표준화하였다. 본 실시예로부터의 데이터를 하기 표 1에 요약하였다.
[표 1]
Figure pat00006
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, PE1 및 PPE 착체(1a 내지 1f)는 기본적으로 405 nm에서 매우 낮은 흡수를 갖는다. 전술된 바와 같이, 비-선형 감광제에 기초한 광학 데이터 저장 매체의 바람직한 특성은 낮은 바닥 상태 흡수 및 매우 높은 여기된 상태 흡수(RSA 특성)이다. 또한, 효율적인 에너지 전달을 위한 수반되는 거리 내에 공여자-수용자를 유지하기 위해서는 매체 내에 0.04 M 이상의 양의 비-선형 감광제가 바람직할 수 있다. 상기 조건을 만족시키기 위해, 405 nm에서 바람직한 소광 계수는 약 200 cm-1M-1 미만일 수 있다. 따라서, 상기 표 1에 열거된 물질은 비-선형 감광제로 적합하다.
실시예 3: 보호된 벤조페논 및 아크릴레이트 중합체의 제조
MOM 보호된 벤조페논 아크릴레이트 단량체(IIa)의 제조(도 5): 500 ml 환저 플라스크에 아크릴레이트 단량체(Ia)(24.8 g, 0.088 mol), 다이이소프로필 에틸아민(22.7 g, 0.17 mol) 및 100 ml의 염화메틸렌을 가했다. 이 혼합물을, 얼음욕에 의해 약 0℃로 냉각된 질소하에서 교반하고, 이어서 온도를 0℃로 유지하면서 클로로메틸 메틸 에테르를 3시간에 걸쳐 적가하였다. 이 용액을 실온으로 가온하고 밤새 교반하였다. 생성 용액을 물(3×200 ml)로 세척하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 농축시켜, 연황색 오일을 수득하였다. 이 오일을, 헥산-에틸 아세테이트(95:5 내지 80:20)로 용리하는 실리카겔 상의 크로마토그래피로 정제하고, 농축한 후, 무색의 고체(IIa)(정제된 수율 90% 초과)를 수득하였다.
폴리(MOM 보호된 벤조페논 아크릴레이트) 또는 MOM 중합체(IIIa)의 제조(도 5): 25 ml 환저 플라스크에 4.8 g의 아크릴레이트 단량체(IIa), 5.0 mg의 AIBN 및 10 ml의 톨루엔을 가했다. 이 혼합물을 10분 동안 질소로 탈기시키고, 이 혼합물을 18시간 동안 90℃로 가열하고, 냉각시키고, 메탄올로 침전시켰다. 흰색 침전물을 여과에 의해 수집하고, 진공하에 50℃에서 24시간 동안 건조시켰다(MW 90k 내지 125k).
t-BOC 보호된 벤조페논 아크릴레이트 단량체(IIb)의 제조(도 6): 500 ml 환저 플라스크에 아크릴레이트 단량체(b)(24.8 g, 0.088 mol), 다이-t-부틸 다이카르보네이트(20.1 g, 0.092 mol), 트라이에틸아민(9.2 g, 0.092 mol) 및 100 ml의 염화 메틸렌을 가했다. 이 혼합물을 질소하에서 교반하고, 얼음욕에 의해 0℃로 3시간 동안 냉각시켰다. 이 용액을 실온으로 가온하고 밤새 교반하였다. 생성 용액을 물(3×200 ml)로 세척하고, MgSO4 상에서 건조시키고, 농축시켜, 연황색 오일을 수득하였다. 이 오일을, 헥산-에틸 아세테이트(95:5 내지 80:20)로 용리하는 실리카겔 상의 크로마토그래피에 의해 정제하고, 농축하여, 무색의 고체(IIb)(정제된 수율 90% 초과)를 수득하였다.
폴리(t-BOC 보호된 벤조페논 아크릴레이트)(IIIb)의 제조(도 6): 25 ml 환저 플라스크에 4.8 g의 아크릴레이트 단량체(IIb) 및 5.0 mg의 AIBN 및 10 ml의 톨루엔을 가했다. 이 혼합물을 10분 동안 질소로 탈기시키고 혼합물을 18시간 동안 90℃로 가열하고 냉각 및 메탄올로 침전시켰다. 흰색 침전물을 여과에 의해 수집하고, 진공하에 50℃에서 24시간 동안 건조시켰다(MW 90 내지 125k).
실시예 4: 보호된 벤조페논의 탈보호 후 굴절률 변화
t-BOC-치환된 벤조페논 및 MOM-치환된 벤조페논 둘 다의 흡광도 데이터는, 보호된 형태의 280nm의 λmax로부터 약 290 nm 및 330 nm에 두 개의 새로운 밴드의 형성으로, 탈보호된 하이드록시 벤조페논의 적색 이동(red shift)을 나타냈다. t-BOC-보호된 벤조페논 및 MOM-보호된 벤조페논에 대응하는 굴절률 변화는 각각 0.098 및 0.125였다.
실시예 5: 중합체 존재하에, 보호된 벤조페논의 탈보호
박막에서, tBOC 중합체(tBOC 보호된 벤조페논 모이어티로 기능화된 PMMA 중합체를 일컫는다) 시스템과 MOM 중합체(MOM 보호된 벤조페논 모이어티로 기능화된 PMMA 중합체를 일컫는다) 시스템 간의 탈보호 화학의 효과를 비교하기 위해, 트라이플루오로에탄 술폰산(TFESA)을 산으로 사용하였다. 박막 제조를 위해 2.2중량%의 tBOC 또는 MOM 중합체 용액을 내용물이 용해될 때까지 테트라클로로에탄에서 0.1 당량의 TFESA와 혼합하였다. 용액을 0.45 ㎛ 와트만(Whatman) 필터로 여과하였다. 여과된 용액을 50 mm×25 mm 미세 슬라이드에 붓고, 이 용액을 스핀 코터에서 약 2000 rpm으로 30초 동안 스핀 캐스팅하고, 이어서 4 내지 6시간 동안 공기 건조시켰다.
PMMA에 도핑된 t-BOC-보호된 벤조페논의 탈보호는 실온에서 15분 동안 무시할 만했고(2% 미만), 100℃ 온도에서는 완전한 탈보호에 15분이 걸렸다. 그러나 PMMA에 도핑된 MOM-보호된 벤조페논은 처음 15분 내에 실온에서도 25%까지 탈보호를 나타내었다.
따라서, TFESA를 사용하는 탈보호는, MOM-중합체가 tBOC 중합체에 비해 양자 효율성 연구에서 더 빠른 역학을 나타낼 수 있음을 보여준다. 따라서, 모든 비-선형 감도 연구는 MOM 중합체에 대해 수행되었다. 그러나, tBOC 중합체도, 더 느린 역학 및 필요한 더 고온을 고려하여, 홀로그램 기록에 사용될 수 있다.
비교예 1: 선형 감광제, 잠재성 산 발생제 , 반응물 및 중합체를 함유하는 막에서 탈보호 연구
벤조페논 탈보호 시험을 위해, t-BOC 중합체, 10 중량%의 잠재성 산 발생제(NapdiPhS-T, 삼중항 에너지 54 kcal/mol), 및 5 중량%의 선형 삼중항 감광제(티오잔텐-9-온, 삼중항 에너지 65 kcal/mol)의 박막에 대해 비교 실험을 수행하였다. 샘플을 40분 동안 노출시키고 이어서 샘플을 80 내지 100℃로 가열한 직후 405 nm 레이저 광을 사용하여 여기시, 샘플의 5 mm 스팟이 벤조페논 탈보호를 나타냈다.
티오잔텐-9-온의 부재 하에, t-BOC 중합체 및 10 중량%의 잠재성 산 발생제(TPS-T)의 박막에 대해 대조 실험을 수행하였다. 405 nm 레이저 광을 사용하여 여기시, 샘플의 5 mm 스팟은 벤조페논 탈보호를 나타내지 않았으며, 그 이유는, 잠재성 산 발생제가 상기 파장에서 광을 흡수하지 않기 때문이었다.
t-BOC 중합체 및 5 중량%의 티오잔텐-9-온의 박막에 대해 대조 실험을 수행하였다. 360 nm의 긴 통과 필터를 사용하여 UV 램프로 45분 동안 여기 및 조사시(티오잔텐-9-온만 여기되는 것을 보장하기 위해), 샘플의 5 mm 스팟은 탈보호를 나타내지 않았다. 따라서, 산 발생은 벤조피논 탈보호에 중요하다.
실시예 6: 잠재성 산 발생제 , 비-선형 감광제, 반응물 및 중합체를 함유하는 박막의 감도 측정
잠재성 산 발생제 TPS-부탄-ST(트리스(4-3급-부틸페닐)설포늄 퍼플루오로-1-부탄설포네이트), TPS-T(트라이페닐 설포늄 트라이플레이트), IPhdiPhS-T(파라-요오도페닐 다이페닐 설포늄 트라이플레이트) 및 NapdiPhS-T(나프틸 다이페닐 설포늄 트라이플레이트)를 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터 상업적으로 입수하고, BTBPI-TMM 비스(4-3급-부틸페닐)요오드늄 트리스(퍼플루오로메탄설포닐)메타이드)를 데이켐 래보러토리즈 인코포레이티드(Daychem Laboratories Inc.)로부터 입수하였다. 표 1에 열거된 비-선형 감광제를 역포화성 흡수제(RSA)로서 사용하였고, 전술된 바와 같이 제조하였다.
마이크로홀로그램을 설명하고 마이크로홀로그램 기록 후의 반사율을 기록하기 위한 박막 샘플을 다음과 같이 제조하였다. 교반 플레이트를 사용하여, 내용물이 용해될 때까지, 테트라클로로에탄 중의 tBOC 또는 MOM 중합체의 2.2 중량% 용액을 0.04 mol의 RSA(PE1, PE2 또는 PPE 염료) 및 10 중량%의 잠재성 산 발생제와 혼합하였다. 몇몇 경우, 약 70℃의 핫 플레이트 상에서 용액을 가열함으로서 내용물이 용해되었다. 생성 용액을 0.45 μm 와트만(Whatman) 필터를 통해 여과하였다. 여과된 용액을 50 mm x 25 mm 미세 슬라이드 상에 붓고, 이 용액을 스핀 코터 상에서 약 2000 rpm으로 30초 동안 스핀 캐스팅(casting) 하였다. 이어서, 이를 약 70℃ 온도의 오븐에서 약 20분 내지 약 30분 동안 건조하였다. 형성된 중합체 필름의 두께는 대략적으로 약 100 nm였다. 사용된 RSA 염료(비-선형 감광제) 및 잠재성 산 발생제, 및 RSA 염료의 양에 대한 세부사항은 하기 표 2에 제공한다. 반응물로서 폴리비닐시나메이트(PVCm)를 사용하여 비교 샘플(비교 샘플 6a)을 제조하였다.
양자 효율(QE) 및 에너지 전달(ET) 과정의 감도를 정의하기 위해, 후술되는 광학 구성을 사용하였다. 상기 구성은, UV-가시광 램프로부터의 광원 및 광 파라메트릭 발진기(OPO)로부터의 광원으로 이루어졌다. 물질의 특성으로 인해, 지수 변화 물질(index change material)은 280 nm에서 최대 흡수력을 가졌다. 선택된 UV 프로브는 약 280 nm 내지 약 320 nm 범위의 파장을 가졌다. RSA 염료가 405 nm 파장에서 적은 흡수 부분을 가질 것이므로, OPO 시스템의 출력으로부터 405 nm 파장을 펌프 노출 공급원으로서 사용하였다. 264 MW/㎠의 기록 강도에서 감도 값을 제공하는 양자 효율 측정을 하기 표 2에 제공한다.
하기 표 2는 264 MW/㎠의 기록 강도에서, 실시예 6에서 제조된 샘플의 감도를 보여준다.
[표 2]
Figure pat00007
aMOM-중합체는, MOM-보호된 벤조페논 잔부로 작용화된 PMMA 중합체를 나타냄;
bMOM+중합체는, MOM-보호된 벤조페논 물질과 블렌딩된 PMMA 중합체를 나타냄.
상기 표 2에 보고된 감도 값은, RSA의 더 높은 삼중항 상태(Tn>1)로부터 잠재성 산 발생제로의 삼중항 에너지 전달(이는 산을 발생시켰고, 발생된 산은 MOM 보호된 벤조페논에서 메톡시 메틸 기를 탈보호시켜, 굴절률 변화를 야기하고, 이에 따라 패턴이 형성됨)에 의해 수득되었다. 따라서, 감도 값은 다음 모든 과정의 혼합된 효율이다: (1) 흡수/여기; (2) 삼중항 상태의 계간 교차; (3) 더 높게 위치하는 삼중항의 제 2 흡수(Tn >1); (4) 잠재성 산 발생제로의 에너지 전달; (5) 양성자 생성; 및 (6) 보호된 벤조페논의 촉매적 탈보호.
상기 표 2는 다양한 RSA 염료 및 잠재성 산 발생제를 갖는 MOM 중합체에 대해 수득된 감도의 결과를 보여준다. 상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 샘플 6a 내지 6k에 대해 약 10-3 ㎠/J의 감도 값이 수득되었다. 비교시, 잠재성 산 발생제를 포함하지 않는 폴리비닐신나메이트(PVCm) 시스템은 103 더 낮은 크기의 감도 값을 보였다(비교예 6a). 이는 MOM-중합체의 촉매적 산 탈보호에 기인한 것일 수 있다. 따라서, MOM 기의 탈보호를 돕는 모든 산 분자의 경우, 신규한 산(H+)이 부산물로서 생성되고, 이는 다음 MOM-벤조페논 중합체를 탈보호시킨다. 이러한 공정 절차는 높은 회전율(turnover number)을 제공하며, 중합체 매트릭스 이외의 무언가(예컨대, 염기)에 의해 H+ 분자가 소모될 때까지 탈보호가 계속된다.
상기 표 2는 또한, 도핑된 중합체(샘플 6k)와 부가적인 중합체(샘플 6a) 간의 비교를 나타낸다. 상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 도핑된 중합체와 부가적인 중합체의 감도 값을 비교하였다. 몇몇 실시양태에서, 보호되거나 탈보호된 벤조페논 분자가 매트릭스로부터 확산되거나 증발되는 것을 막기 위해, 부가적인 중합체가 바람직하다.
실시예 7: 마이크로홀로그램 기록
다이클로로에탄(DCE) 중의 10 중량%의 고체(상기 표 2의 샘플 6e)를 사용하여, 마이크로홀로그램 기록을 위한 샘플을 제조하였다. 이 용액을, 처리된 유리 상의 금속 고리 내에 침착시켜 막을 제조하였다. 생성 막을 건조하고, 유리/고리로부터 제거하고, 이어서 100℃에서 유리 슬라이드들 사이에서 가압하였다. 필름의 두께는 100 내지 200 μm였다.
405 nm 파장에서 조작되는 동조가능한 광 파라메트릭 발진기 시스템을 마이크로홀로그램의 기록 및 판독용 펄스화된 광원으로 사용하였다. 0.4의 개구 수(NA)를 갖는 광학장치를 사용하여 매체 샘플 내로 광을 초점화하여, 기록 체적의 대략적인 치수가 약 0.65×0.62×2.6 μm가 되게 하였다. 마이크로홀로그램 기록에 사용된 펄스 에너지는 1 내지 10 nJ이었으며, 이로써, 상기 초점화된 기록 빔의 초점에서 수십 내지 수백 MW/cm2의 광 강도 값을 달성하였다. 상기 기록 전력에 비해 약 100 내지 1000배로 감쇠된 동일한 빔을 사용하여, 마이크로홀로그램으로부터 반사된 광을 판독하였다.
초점화되고 벌크 기록 매체 내에서 중첩된 2개의 고-강도 역(counter)-전파성 펄스화된 기록 빔에 의해 광학 데이터 저장 매체에 마이크로홀로그램을 기록하여, 명암 영역(프린지)으로 이루어진 강도 프린지 패턴을 생성하였다. 간섭 패턴의 조사된(illuminated) 영역은, 전술된 바와 같이 변화를 겪고, 물질의 국부적으로 개질된 굴절률을 제공하였으며, 어두운 영역은 그대로 남아 있음으로써, 체적 홀로그램을 생성하였다. 본 발명의 광학 데이터 저장 매체는 고-강도 광에 민감하였으며, 저-강도 복사선에는 비교적 비활성이었다. 상기 빔의 초점 영역 근처의 광 강도가 기록 역치보다 높고(변화가 용이하게 발생하는 값보다 높고) 상기 빔의 초점으로부터 떨어진 기록가능한 영역은 광 강도를 낮은 상태를 유지하도록 기록 빔의 전력을 조절함으로써, 원치않는 매체 개질(기록 또는 삭제)을 배제하였다.
마이크로홀로그램 기록 동안, 반파(half-wave) 플레이트(λ/2) 및 제 1 편광 빔 스플리터를 사용하여, 1차 기록 빔을 신호 및 기준으로 분리하였다. 2개의 2차 빔을 역-전파성 기하구조 내의 샘플로 조정하고, 0.4 이하의 개구 수(NA)를 갖는 동일한 비구면 렌즈들에 의해 벌크 광학 데이터 저장 매체 내에서 중첩되도록 초점화하였다. 상기 두 빔의 편광을 2개의 1/4 파장 플레이트(λ/4)를 사용하여 원형 편광으로 전환시켜, 상기 빔들이 간섭하여 고-콘트라스트 프린지 패턴을 생성하도록 하였다. 상기 샘플 및 신호 빔 렌즈를 25 nm의 해상도를 갖는 폐쇄된-루프 3축 위치제어 스테이지 상에 장착하였다. 상기 샘플의 기준면에 대해 위치-민감성 검출기를 사용하여, 상기 매체 내에서 초점화된 신호 및 기준 빔의 중첩이 최적화되고 이에 따라 기록이 최적화되도록 신호 렌즈를 배향하였다.
다양한 감쇠기 및 반파 플레이트/PBS 어셈블리를 사용하여, 기록 및/또는 판독 동안 전력 수준을 제어하였다. 이로써, 광학 데이터 저장 매체의 마이크로홀로그램 기록 특성이 기록 전력 및/또는 에너지의 함수로 측정되게 하였다. 이러한 함수 의존성은 선형 광학 데이터 저장 매체/기록(여기서는, 기록된 홀로그램의 강도가 대개, 매체에 의해 수용된 광 에너지의 총량으로 정의되지만, 광 강도와는 독립적임)과 비-선형 역치 광학 데이터 저장 매체/기록(여기서는, 기록 효율이 광의 강도에 고도로 의존적임)을 구별시킨다. 선형 매체에서는, 적은 노출이 낮은 강도의 홀로그램을 제공하며, 상기 강도는 더 많은 노출시 점점 증가한다. 반대로, 비-선형 역치 매체에서는, 역치 값을 초과하는 강도에서만 기록이 가능하다.
판독 동안, 신호 빔은 차단되며, 기준 빔은 입사 방향과 반대 방향의 마이크로홀로그램에 의해 반사된다. 반사된 빔을, 1/4파 플레이트 및 제2 편광 빔 스플리터를 사용하여, 입사 빔 경로로부터 벗어나도록 하고, 공초점(confocal) 기하구조의 보정된 광검출기 상에 수집하여, 회절 효율의 절대 측정치를 제공한다. 판독 광학장치에 대해 샘플을 해석함으로써, 마이크로홀로그램 회절 반응성의 3D 프로파일을 수득하고 마이크로홀로그램의 치수를 평가하는 것이 가능하다.
표 2의 샘플 6e에 대응하는 샘플에서 기록된 마이크로홀로그램의 어레이로부터의 빔 위치 스캔 대 대표적인 반사율을 도 7에 도시한다. 두개의 기록 빔에서 40 J/cm2의 플루언스를 사용하여, 모든 11개의 홀로그램을 200 MW/cm2의 강도로 기록하였다. 405 nm에서의 막의 광학 밀도는 0.28로 측정되었다. 평파 커플링 공식론(formalism)을 사용하여, 기록 과정을 통해 홀로그램 내에 생성된 굴절률의 조절은 약 0.036으로 추정되었으며, 달성된 기록 과정의 감도(200 MW/cm2에서)는 4.5×10-4 cm2/J이었다. 마이크로홀로그램 기록 조건으로부터 수득된 감도 값이 간접적인 측정치이며, 기록 조건에서 다양한 불확실성(예컨대, 격자 형태, 정확한 격자 깊이) 하에 놓이고, 따라서 상기 실시예 6에서 기술된 보다 직접적인 QE 측정치와 시스템적으로 차이가 있을 수 있는 예측치로 간주될 수 있음에 주목해야 한다.
본 발명(최적 방식 포함)을 개시하고 또한 임의의 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록(장치 또는 시스템의 제조 및 사용 방법 및 임의의 혼입된 방법의 실시 포함) 실시예를 사용하였다. 본 발명의 특허가능한 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정되며, 당업자가 생각해낼 수 있는 다를 실시예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예도, 첨부된 특허청구범위의 문언적 언어와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나 첨부된 특허청구범위의 문언적 언어와 실질적으로 다르지 않은 등가적 구조 요소를 포함하는 경우, 본 발명의 범주 이내인 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 광학 데이터 저장 매체에 홀로그램 데이터를 기록하는 방법으로서,
    (i)(a) 열가소성 중합체 매트릭스, (b) 잠재성 산 발생제, (c) 비-선형 감광제, 및 (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물을 포함하는 광학 데이터 저장 매체를 제공하는 단계,
    (ii) 상기 비-선형 감광제로부터 상기 잠재성 산 발생제로 상위(upper) 삼중항 에너지를 전달하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 포함하는 간섭 패턴을 상기 광학 데이터 저장 매체의 체적 요소(volume element)에 조사하여 산을 생성하는 단계로서, 이때 상기 잠재성 산 발생제가 실질적으로 상기 입사 복사선에 비-반응성인, 단계,
    (iii) 생성된 산을 하나 이상의 보호된 발색단과 반응시켜 하나 이상의 발색단을 형성함으로써, 상기 체적 요소 내에 굴절률 변화를 유발하는 단계, 및
    (iv) 조사된 상기 체적 요소 내에서 상기 간섭 패턴에 대응하는 굴절률 변화를 생성하여, 광학적으로 판독가능한 데이터를 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이, 복수개의 잠재성 발색단을 각각의 생성된 산과 반응시켜 복수개의 발색단을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 복사선이 약 360 nm 내지 약 500 nm 범위의 파장 및 역치 값 초과의 강도를 갖는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 복사선이 약 405 nm의 파장을 갖는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 잠재성 발색단이 하기 화학식 I의 잔부(moiety)를 포함하는, 방법:
    [화학식 I]
    Figure pat00008

    상기 식에서,
    "a"는 1 내지 5의 정수이고,
    "b"는 1 내지 4의 정수이고,
    R1은 보호기이고,
    R2 및 R3은 각각의 경우 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20 지방족 라디칼, C3-C20 지환족 라디칼 또는 C2-C30 방향족 라디칼이고,
    R4는 수소 또는 OR1이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 잠재성 발색단이 하기 화학식 II, III, IV 또는 V의 잔부를 포함하는, 방법:
    [화학식 II]
    Figure pat00009

    [화학식 III]
    Figure pat00010

    [화학식 IV]
    Figure pat00011

    [화학식 V]
    Figure pat00012

    상기 식에서,
    "a"는 1 내지 5의 정수이고,
    "b"는 1 내지 4의 정수이고,
    R1은 보호기이고,
    R2 및 R3은 각각의 경우 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20 지방족 라디칼, C3-C20 지환족 라디칼 또는 C2-C30 방향족 라디칼이고,
    R4는 수소 또는 OR1이다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-선형 감광제가 백금 에틴일 착체를 포함하는, 방법.
  8. (a) 열가소성 중합체 매트릭스,
    (b) 상위 삼중항 여기를 유발하기에 충분한 파장 및 강도를 갖는 입사 복사선을 흡수할 수 있는 비-선형 감광제,
    (c) 상기 비-선형 감광제로부터의 삼중항 여기시 산을 발생시킬 수 있고 상기 입사 복사선에 실질적으로 비-반응성인 잠재성 산 발생제, 및
    (d) 잠재성 발색단을 포함하는 반응물
    을 포함하고, 이때 하나 이상의 잠재성 발색단이, 생성된 산과의 반응에 의해 하나 이상의 발색단을 형성함으로써 광학 데이터 저장 매체에 굴절률 변화를 유발할 수 있는 것인, 광학 데이터 저장 매체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    복수개의 잠재성 발색단이, 생성된 각각의 산에 대해 복수개의 발색단을 형성할 수 있는 것인, 광학 데이터 저장 매체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 잠재성 발색단이 하기 화학식 I의 잔부를 포함하는, 광학 데이터 저장 매체:
    [화학식 I]
    Figure pat00013

    상기 식에서,
    "a"는 1 내지 5의 정수이고,
    "b"는 1 내지 4의 정수이고,
    R1은 보호기이고,
    R2 및 R3은 각각의 경우 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-C20 지방족 라디칼, C3-C20 지환족 라디칼 또는 C2-C30 방향족 라디칼이고,
    R4는 수소 또는 OR1이다.
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