TW201421470A - 光誘導雙折射材料、使用此之光記錄媒體及光記錄方法 - Google Patents

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Abstract

由光誘導雙折射材料來構成光記錄媒體,對於該光記錄媒體進行偏光全像多重記錄;該光誘導雙折射材料係因應所照射的光之偏光狀態而產生雙折射之光誘導雙折射材料,其特徵為含有偏光感應性成分與聚合物基質,前述偏光感應性成分係經由共價鍵與前述聚合物基質鍵結,因光照射而發生的前述偏光感應性成分之反應為不可逆。

Description

光誘導雙折射材料、使用此之光記錄媒體及光記錄方法
本發明關於可應用於高密度光記錄、3次元顯示器、全像光學元件等之光誘導雙折射材料、使用此之光記錄媒體及光記錄方法,特別地關於本質上無法重寫之寫一次型的光誘導雙折射材料、使用此之光記錄媒體及光記錄方法。
對全像記錄媒體的記錄一般係藉由將同時照射(干渉曝光)具有影像資訊的信號光連同與該信號光相同偏光的參照光而產生的光強度分布(干涉條紋),當作繞射光柵記錄在記錄媒體上而進行者。自全像記錄媒體之再生係藉由對記錄有上述影像資訊的記錄媒體照射上述參照光,將影像資訊當作來自繞射光柵的再生信號光讀出而進行。
全像記錄係將上述影像資訊當作1頁,可以頁單位來成批記錄、再生,而且由於在媒體的相同位置可將頁予以多重記錄,故代替以往之使用CD、DVD、藍光光碟等的逐位元之記錄方式,被期待作為高速且大容量的光記錄方 式之技術。
近年來,於使用因應所照射的光之偏光狀態而產生折射率的各向異性(雙折射)之光誘導雙折射材料的偏光記錄媒體中,有提案將影像資訊當作雙折射相位差(遲滯)記錄之新的偏光記錄方式(retardagraphy)(參照專利文獻1)。
又,專利文獻2中亦提案將同時照射具有影像資訊的信號光連同與信號光不同的偏光狀態之參照光而產生的偏光分布,當作雙折射的分布記錄在上述偏光記錄媒體上之偏光記錄方式。此記錄方式係與上述全像記錄組合而稱為所謂的偏光全像記錄,被期待更高記錄密度化,即大容量化。
於此等之記錄媒體所用的記錄材料,要求記錄資訊不隨著時間經過而劣化,可長期保持安定。又,為了避免記錄資訊之誤消除或竄改,希望記錄材料為本質上無法重寫之寫一次型。
作為光誘導雙折射材料所用之偏光感應性成分,廣泛已知於寫一次型中有9,10-菲醌等,於重寫型(可重寫型)中有偶氮苯等。
然而,於習知的使用上述偏光感應性成分之光誘導雙折射材料中,有記錄資訊隨著時間經過而劣化之問題。
非專利文獻1中顯示藉由在偏光感應性成分中使用光分解性芳香族酮衍生物,使用玻璃轉移溫度(Tg)高的馬來醯亞胺樹脂或環氧樹脂作為聚合物基質材料之光誘導雙 折射材料,而雙折射的保存安定性升高。然而,即使使用前述聚合物基質材料,也在1000小時以上的經過時間範圍中觀測到雙折射之降低(同文獻的圖3)。
又,非專利文獻1所示的光誘導雙折射材料中的偏光感應性成分之組成比為1wt%之比較小值。偏光感應性成分之組成比若小,雖然顯示保存安定性升高的傾向,但由於雙折射量變小,而引起記錄信號強度降低之問題。
專利文獻3中報告使用鍵結於液晶性的聚合物基質之光異構化化合物的偏光記錄材料。於藉由偏光照射而使光異構化化合物配向時,將記錄材料加熱至玻璃轉移溫度(Tg)附近為止,由於液晶成分係沿著光異構化化合物的配向方向而配向,故可誘導大的雙折射。
然而,於此方式中雖最終可誘導大的雙折射,但為了液晶配向,在光照射時必須加熱。又,為了防止光散射,光照射前的液晶分子必須是單域構造,一般地由於厚度增加而液晶分子容易採取複數之域(domain)構造,以全像記錄層所要求的厚度(約200μm~2mm)來製作記錄媒體者係困難。
另外,使用寫一次型的記錄材料對全像進行多重記錄時,由於第1頁之記錄,記錄成分係以某比例進行光反應而變化,由於第2頁之記錄,剩餘的未反應之記錄成分以某比例進行光反應而變化,由於第3頁之記錄,還剩餘的未反應之記錄成分係以某比例進行光反應而變化、‧‧‧、,依順序重複而進行多重記錄。
因此,由於多重記錄愈重複則殘存的記錄成分愈減少,隨著其而記錄感度降低。即,若以相同的照射能量來記錄各頁,則愈進行到後半之頁,再生信號強度愈減少,在記錄再生系統上發生不良狀況。
另一方面,使用重寫型的記錄材料來進行多重記錄時,由於第1頁之記錄,記錄成分係以某比例進行光反應而變化,由於第2頁之記錄,第1頁之已記錄消耗的成分與剩餘的未反應之記錄成分係各自以某比例進行光反應而變化,由於第3頁之記錄,第1頁與第2頁之已記錄消費的成分與剩餘的未反應之記錄成分係各自以某比例進行光反應而變化、‧‧‧、,依順序重複而進行多重記錄。
因此,由於多重記錄愈重複則已記錄之頁的記錄成分愈減少,若以相同的照射能量來記錄各頁,則與寫一次型相反,前半之頁的再生信號強度係減少,此時亦在記錄再生系統上發生不良狀況。
為了消除此等之不良狀況,使用稱為排程(scheduling)之手法。此係預先料想因多重所造成的再生信號強度之變化,即記錄感度之變化,邊在每頁(繞射光柵)使照射能量變化邊進行多重記錄者,藉此而使來自各頁的再生信號強度成為均一化者(參照專利文獻4)。
然而,專利文獻4中所示的記錄媒體,係以往之記錄光強度分布的全像記錄媒體,由於無法因應光之偏光狀態而記載不同的資訊,故無法期待大幅的記錄密度提高。又,專利文獻4中所示的記錄媒體,係以確實地進行排程 者為目的,排程本身依然是必要。
於進行排程時,對感度的降低經預測之頁(繞射光柵),以高的照射能量來記錄。照射能量係照射功率與照射時間之乘積,但在每頁使照射功率變化者係在記錄系統上要求複雜的控制,故一般為調整照射時間而使照射能量變化。
即,為了以高的照射能量進行記錄,照射時間變長,此牽涉到引起記錄系統上的轉送速率降低之問題。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕特開2010-020883號公報
〔專利文獻2〕特開平10-340479號公報
〔專利文獻3〕特表2006-259315號公報
〔專利文獻4〕特表2008-532091號公報
〔非專利文獻〕
〔非專利文獻1〕
Proceedings of 1st International Conference on Advanced Photonic Polymers (ICAPP 2011), pp.83-84
本發明之目的在於提供記錄資訊不隨著時間經過而劣化,可長期保持安定,同時本質上無法重寫之寫一次型的光誘導雙折射材料,使用其之光記錄媒體及光記錄方法, 更且不需要進行排程,無引起記錄系統上的轉送速率的降低之虞的光記錄媒體。
為了達成上述目的,本發明關於一種光誘導雙折射材料,其係因應所照射的光之偏光狀態而產生雙折射之光誘導雙折射材料,其特徵為含有偏光感應性成分與聚合物基質,前述偏光感應性成分係經由共價鍵與前述聚合物基質鍵結,而且因光照射而發生的前述偏光感應性成分之反應為不可逆。
於以往之使用偏光感應性成分的光誘導雙折射材料中,記錄資訊隨著時間經過而劣化之問題,茲認為係起因於:因偏光感應性成分之移動或旋轉等,而所記錄的雙折射之分布紊亂,或所誘導的雙折射量變小(折射率接近各向同性)。因此,為了使記載於光誘導雙折射材料的資訊不隨著時間經過而劣化,可長期保持安定,於記錄前後,光誘導雙折射材料中之偏光感應性成分係以位置‧軸向不變化之方式被固定。
依照本發明之光誘導雙折射材料,由於偏光感應性成分係經由共價鍵與聚合物基質鍵結,光誘導雙折射材料中的偏光感應性成分係變成以位置‧軸向不變化之方式被固定。又,因光照射而發生的偏光感應性成分之反應為不可逆。因此,可提供記錄資訊不隨著時間經過而劣化,可長期保持安定,本質上無法重寫之寫一次型的光誘導雙折射 材料。
於本發明之一例中,偏光感應性成分與聚合物基質之共價鍵,係可藉由與形成聚合物基質之反應相同的反應而形成者。即,藉由在偏光感應性成分之至少一部中含有指定的官能基,不需要另外設置特別的反應過程,而於聚合物基質之形成過程中,可形成偏光感應性成分與聚合物基質之共價鍵。因此,可簡易地形成上述共價鍵。
又,於本發明之一例中,光誘導雙折射材料中所含有的偏光感應性成分係可作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之成分,作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之成分係可為α-胺基苯乙酮衍生物或肟酯衍生物。
此等之衍生物係因光照射而發生的反應為不可逆,同時取得容易,可較宜使用作為上述光誘導雙折射材料中的偏光感應性成分。又,如以下說明,使記錄信號光及記錄參照光之照射能量成為固定而進行偏光全像多重記錄時,可減小來自所記錄的各繞射光柵之再生信號光的繞射效率中之最大值ηmax、最小值ηmin之差,可提供不需要排程之光誘導雙折射材料。
又,本發明係一種光記錄媒體,其特徵為具有由上述光誘導雙折射材料所構成的資訊記錄層。
具體地,關於一種光記錄媒體,其特徵為具有由上述光誘導雙折射材料所構成的資訊記錄層,使前述記錄信號光及前述記錄參照光之照射能量成為固定而進行偏光全像多重記錄時,來自所記錄的各繞射光柵之再生信號光的繞 射效率中之最大值ηmax、最小值ηmin滿足ηmin/ηmax≧0.1。
此時,由於由上述光誘導雙折射材料來構成光記錄媒體之資訊記錄層,光誘導雙折射材料中的偏光感應性成分係以位置‧軸向不變化之方式被固定。又,因光照射而發生的偏光感應性成分之反應為不可逆。因此,可提供記錄資訊不隨著時間經過而劣化,可長期保持安定,同時本質上無法重寫之寫一次型的光記錄媒體。
又,使記錄信號光及記錄參照光之照射能量成為固定而進行偏光全像多重記錄時,來自所記錄的各繞射光柵之再生信號光的繞射效率中之最大值ηmax、最小值ηmin滿足ηmin/ηmax≧0.1。因此,即使使記錄信號光及記錄參照光之照射能量成為固定,尤其不進行排程時,也在偏光全像多重記錄中,不會大幅減少再生信號光之繞射效率,即再生信號光之強度。
結果,由於對於預料感度降低之頁(繞射光柵),不要求以高的照射能量進行記錄之操作,故不需要加長照射時間,可抑制記錄系統上的轉送速率之降低。
再者,如此的條件係如上述,可藉由光誘導雙折射材料中所含有的偏光感應性成分係含有作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之α-胺基苯乙酮衍生物或肟酯衍生物,將以下說明之各種材料予以最合適化而達成。
再者,η係定義為來自各繞射光柵的再生信號光之光強度I1相對於入射光即再生參照光之光強度I0的比 η=I1/I0
又,本發明關於一種光記錄方法,其特徵為進行偏光全像多重記錄,具備:對上述光記錄媒體的一記錄區域,照射相同或互相正交的偏光狀態之記錄信號光及記錄參照光而進行第1全像記錄之步驟;與,對前述記錄區域,在與前述第1全像記錄不同布拉格條件之狀態下,照射相同或互相正交的偏光狀態之記錄信號光及記錄參照光而進行第2全像記錄之步驟。
以上,依照本發明,可提供記錄資訊不隨著時間經過而劣化,可長期保持安定,同時本質上無法重寫之寫一次型的光誘導雙折射材料、使用其之光記錄媒體及光記錄方法。又,依照本發明,可提供不需要進行排程,無引起記錄系統上的轉送速率之降低之虞的光記錄媒體。
10‧‧‧光記錄媒體
11‧‧‧透明基板
12‧‧‧資訊記錄層
21‧‧‧記錄信號光
22‧‧‧記錄參照光
23‧‧‧再生參照光
圖1係顯示實施形態中的光記錄媒體之概略構成的斜視圖。
圖2係顯示用於偏光全像多重記錄的記錄光學系統之一例的概略構成圖。
圖3係顯示用於偏光全像多重記錄的再生光學系統之一例的概略構成圖。
圖4係顯示實施例中的M#劣化率相對於記錄後的經 過時間之曲線圖。
圖5係顯示實施例中實施偏光全像多重記錄時的來自各繞射光柵的相對繞射強度η/ηmax之輪廓的圖。
圖6係顯示實施例中實施偏光全像多重記錄時的來自各繞射光柵的相對繞射強度η/ηmax之輪廓的圖。
圖7係顯示比較例中實施偏光全像多重記錄時的來自各繞射光柵的相對繞射強度η/ηmax之輪廓的圖。
圖8係顯示比較例中實施偏光全像多重記錄時的來自各繞射光柵的相對繞射強度η/ηmax之輪廓的圖。
圖9係顯示實施例中的光誘導雙折射測定用之光學系統的一例之概略構成圖。
圖10係顯示實施例中的雙折射變化率之曲線圖。
〔實施發明的形態〕
以下,參照圖面來詳細說明本發明之實施形態。
(光記錄媒體)
首先,說明本發明的光記錄媒體之一例。圖1係顯示本實施形態中的光記錄媒體之概略構成的斜視圖。如圖1中所示,本實施形態之光記錄媒體10係在基板11上形成由光誘導雙折射材料所構成的資訊記錄層12而成。
基板11例如使用玻璃、樹脂等,但從成形性、成本等之點來看,較佳為樹脂。作為樹脂,例如可舉出聚碳酸 酯樹脂、丙烯酸樹脂、環烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、AS樹脂(丙烯腈-苯乙烯共聚合物)、ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、MS樹脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、馬來醯亞胺-苯乙烯共聚物、茀系樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯樹脂、苯氧樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚矽氧系樹脂、氟系樹脂、有機‧無機混合樹脂等。於此等之中,從成形性、光學特性、成本等之點來看,特佳為聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、環烯烴樹脂。
又,為了對應於利用反射光的記錄再生,在基板11的表面上可設置反射層,成為反射型之記錄媒體。
另外,於基板11的表面,視需要可施予微細加工,而且可用UV硬化樹脂等進行硬塗處理。再者,亦可進行防反射處理。
還有,基板11只要是對以下所示的記錄及再生不造成影響,則亦可由陶瓷等所構成。
基板11之厚度係適宜設定在不對光記錄媒體10即資訊記錄層12的記錄及再生造成影響之厚度。
資訊記錄層12係因應所照射的光偏光狀態而產生雙折射之光誘導雙折射材料,該光誘導雙折射材料係由含有偏光感應性成分與聚合物基質,偏光感應性成分係經由共價鍵與前述聚合物基質鍵結,因光照射而發生的前述偏光感應性成分之反應為不可逆者所構成。
聚合物基質之種類係沒有特別的限定,例如可舉出聚 碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、環烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、AS樹脂(丙烯腈-苯乙烯共聚物)、ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、MS樹脂(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、馬來醯亞胺-苯乙烯共聚物、茀系樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯樹脂、苯氧基樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚矽氧系樹脂、氟系樹脂、有機‧無機混合樹脂、各種彈性體等。此等係可單獨使用,也可混合2種以上,或也可使用共聚物。作為聚合物基質,較佳為光學透明者,特佳為雙折射小者。
作為光誘導雙折射材料中所含有的偏光感應性成分,只要是因應所照射的光之偏光狀態而發生折射率的各向異性者,經由共價鍵與聚合物基質鍵結,因光照射而發生的反應為不可逆者,則沒有特別的限定,但較佳為作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之成分。
作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之成分,例如可舉出具有α-胺基苯乙酮構造、α-羥基苯乙酮構造、肟酯構造、醯基膦氧化物構造、苄基縮酮構造、二茂鈦構造者等。於此等之中,較佳為具有α-胺基苯乙酮構造、肟酯構造,即α-胺基苯乙酮衍生物或肟酯衍生物者。
資訊記錄層12之形成方法,具體地可藉由使偏光感應性成分已鍵結的聚合物基質溶解於溶劑中,在透明基板11上塗佈乾燥而形成,亦可藉由將偏光感應性部位成分已鍵結的聚合物基質予以熔融混練成型而形成,也可將構 成偏光感應性成分已鍵結的聚合物基質之單體予以聚合而形成。
此時,偏光感應性成分有利地係具有一個以上的官能基,該官能基係在與聚合物基質鍵結之前的階段中,能與聚合物基質反應而形成鍵結。藉此,可容易形成偏光感應性成分經由共價鍵所鍵結的聚合物基質。
作為官能基,例如可舉出羥基、胺基、硫醇基、羧基、磺基、乙烯基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基、異氰酸酯基、環氧基、鹵基等。
偏光感應性成分係可單獨存在於聚合物基質內,也可併用2種以上。
作為具有如上述之官能基的偏光感應性成分,例如以下所示,例如可舉出含有羥基、胺基、硫醇基等之容易取得的化合物No.1~No.17。
作為偏光感應性成分與聚合物基質形成共價鍵之反應,例如可舉出自由基加成反應、環氧-酸酐加成反應、環氧-胺加成反應、環氧-硫醇加成反應、異氰酸酯-羥基加成反應(胺基甲酸酯形成)、異氰酸酯-胺加成反應(脲形成)、氫矽烷化反應等。
再者,上述反應係可在與形成聚合物基質的反應之相同步驟中發生。
因此,作為形成聚合物基質之反應,可舉出上述之自由基加成反應、環氧-酸酐加成反應、環氧-胺加成反應、環氧-硫醇加成反應、異氰酸酯-羥基加成反應(胺基甲酸酯形成)、異氰酸酯-胺加成反應(脲形成)、氫矽烷化反應等。
如此所形成之偏光感應性成分經由共價鍵鍵結之聚合物基質,較佳為形成3次元交聯體。又,當偏光感應性成分經由共價鍵鍵結之聚合物基質為線狀聚合物時,分子量較佳為3,000以上,更佳為5,000以上,尤佳為10,000以上。
又,配合所照射的光之波長,亦可併用增感色素作為增感劑。
再者,於本實施形態中,在記錄媒體的單側設置基板11,但亦可成為在記錄媒體的另一側設置基板而將記錄層夾入之構成。
例如由酚樹脂或環氧樹脂等之熱硬化性樹脂、聚碳酸酯等之工程塑膠來構成聚合物基質,而其本身具有充分的強度時,可省略基板11。
資訊記錄層12之厚度較佳為1μm~3,000μm之範圍。此時,在記錄波長範圍350nm~800nm之穿透率高,即使為比較低能量的記錄信號光及記錄參照光,也可充分地進行記錄,可增大能量效率。
於資訊記錄層12之表面,視需要可施予微細加工,而且亦可用UV硬化樹脂等進行硬塗處理。再者,亦可進 行防反射處理。
於本發明中,對於資訊記錄層12進行偏光全像多重記錄之際,使記錄信號光及記錄參照光之照射能量成為固定時,來自所記錄的各繞射光柵之再生信號光的繞射效率中之最小值ηmin相對於最大值ηmax之比率(ηmin/ηmax)宜為0.1以上,較佳為0.5以上,特佳為0.75以上。
藉此,於進行偏光全像多重記錄之際,使記錄信號光及記錄參照光之照射能量成為固定時,特別地即使在不進行排程的情況中,也不會大幅增減再生信號光之繞射效率,進而再生信號光之強度。即,由於不要求對於預測感度降低之頁以高的照射能量進行記錄之操作,而變不需要為了以高的照射能量進行記錄而加長照射時間,可抑制記錄系統上的轉送速率之降低。
再者,上述再生信號光的繞射效率中之最小值ηmin相對於最大值ηmax之比率(ηmin/ηmax),係可藉由上述材料來構成資訊記錄層12而達成。特別地,藉由使用具有α-胺基苯乙酮構造、肟酯構造者作為偏光感應性成分,可容易地實現。
ηmin/ηmax係愈接近於上限值的1愈佳,藉由使用上述材料,可達成0.75以上之高值。
(偏光全像多重記錄及其再生)
其次,參照圖1,說明偏光全像多重記錄及其再生之 原理的概略。
如圖1中所示,於對於光記錄媒體10進行記錄之際,將相干的記錄信號光21及記錄參照光22同時地照射於資訊記錄層12的一記錄區域。
例如,若將記錄信號光21當作p偏光,將記錄參照光22當作s偏光,則在上述資訊記錄層12的一記錄區域中,偏光方向係空間地‧周期地被調變,±45度的直線偏光部分12A與圓偏光部分12B係交替地周期出現。
此時,資訊記錄層12中的光強度分布係成為一樣,但例如對應於經調變的偏光方向,對光誘導雙折射材料給予雙折射。結果,於直線偏光部分12A中,為因應±45度的直線偏光,空間地方向性不同的吸收率或折射率,分佈於±45度的雙折射性之光柵係作為全像形成。
其次,於光記錄媒體10即資訊記錄層12中使布拉格條件(例如光記錄媒體10之角度)變化,使記錄信號光21及記錄參照光22之照射的照射能量成為固定,與上述同樣地對於資訊記錄層12的一記錄區域進行彼等之照射。藉此,資訊記錄層12之偏光方向係空間地‧周期地被調變,±45度的直線偏光部分12A’與圓偏光部分12B’係交替地周期出現。
此時,資訊記錄層12中的光強度分布係成為一樣,但於光誘導雙折射材料中所含有的偏光感應性成分之中,朝向與經調變的偏光方向相同的方向者之一部分係比朝向其它方向者更強地被光激發。結果,於直線偏光部分 12A’中,為因應±45度的直線偏光,空間地方向性不同的吸收率或折射率,分佈於±45度的雙折射性之光柵係作為全像形成。
如此地,藉由使記錄信號光21及記錄參照光22之照射的照射能量成為固定,於資訊記錄層12中使布拉格條件變化,依順次進行彼等之照射,各繞射光柵各自作為記錄資訊發揮機能,可進行對資訊記錄層12的偏光全像多重記錄。
其次,對於如上述已作偏光全像多重記錄的資訊記錄層12,自其表面側或背面側,以滿足布拉格條件之方式,照射記錄參照光22與相同偏光之再生參照光23。如此地作,得到來自經記錄的各繞射光柵之繞射光作為再生信號光。此時,繞射光係與入射光成90度差異的p偏光。如此地,藉由對已作偏光全像多重記錄的資訊記錄層12之每繞射光柵,照射再生參照光23,可進行來自資訊記錄層12即光記錄媒體之再生(讀出)。
再者,於上述中說明對於資訊記錄層12之不同繞射光柵,使記錄信號光21及記錄參照光22之偏光狀態各自在p偏光及S偏光中成為固定,但彼等記錄信號光21及記錄參照光22之偏光狀態係可為相同或互相正交的偏光狀態之任意組合。
又,於上述中,由於圖1所示之光記錄媒體10為穿透型,而說明與穿透型的光記錄媒體有關之記錄再生原理,但關於與反射型的光記錄媒體有關的記錄再生,也僅 在將再生參照光23自資訊記錄層12之記錄信號光21及記錄參照光22之照射側來入射之點不同,其它操作係與穿透型的光記錄媒體有關的記錄再生原理同樣。
(偏光全像多重記錄及其再生的具體例)
圖2係顯示用於本發明的偏光全像多重記錄之記錄光學系統的一例之概略構成圖,圖3係顯示實施偏光全像多重記錄後的記錄資訊之讀出時所使用的再生光學系統之一例的概略構成圖。
為了進行上述的偏光全像多重記錄,例如使用如圖2中所示的光學系統。於此光學系統中,在雷射光通過快門1、HWP(1/2波長板)1後,被PBS(偏光分束器)分割為2,其中一者作為記錄信號光通過快門2後,被SLM(空間光調變器)反射,穿透PBS後,照射至光記錄媒體。此時,經SLM反射之光係p偏光與s偏光混合存在,但由於僅p偏光成分穿透PBS,此p偏光成分係作為信號光通過透鏡,照射至光記錄媒體。
又,被PBS分割的另一者係作為記錄參照光被SPLM(空間偏光調變器)反射,通過透鏡照射至光記錄媒體。此時,藉由SPLM,將記錄參照光之偏光狀態控制成為與記錄信號光的偏光狀態呈正交之s偏光。藉此,如上述地,於光記錄媒體之資訊記錄層中,偏光方向係被空間地‧周期地調變,±45度的直線偏光部分與圓偏光部分係交替地周期出現。然後,於直線偏光部分中,為因應±45 度的直線偏光,空間地方向性不同的吸收率或折射率,分佈於±45度的雙折射性之繞射光柵係作為全像形成。
其次,於圖2所示的光學系統中,使用未圖示的控制系統,使光記錄媒體之角度變化,對於此光記錄媒體即資訊記錄層進行上述之操作,進行對資訊記錄層即光記錄媒體之偏光全像多重記錄。
又,自如上述已實施偏光全像多重記錄之光記錄媒體即資訊記錄層來讀出(再生)信號時,例如使用如圖3所示之光學系統。此光學系統係以圖2所示的光學系統為基本,附加用於穿透(繞射)記錄媒體後的再生光(繞射光)成像之成像光學系統、偏光板及成像器。
使用圖3所示之光學系統的再生操作,係關閉快門2,使穿透快門1、HWP、PBS的雷射光被SPLM反射,而作為s偏光的再生參照光,照射至光記錄媒體。
於已作偏光全像記錄的光記錄媒體,若如上述地以滿足布拉格條件之方式照射記錄參照光與相同偏光之再生參照光,則來自經記錄的繞射光柵之繞射光係作為再生信號光獲得。此時,繞射光係成為與入射光(s偏光)90度差異之p偏光。其次,用未圖示的控制系統使光記錄媒體之角度變化,同樣地藉由對已作偏光全像多重記錄的每繞射光柵,照射s偏光之再生參照光,可進行來自已作偏光全像多重記錄的光記錄媒體即資訊記錄層之再生(讀出)。
再者,繞射光係在以成像透鏡使成像後,在偏光板僅使p偏光穿透,入射至成像器,進行記錄資訊之解析。
〔實施例〕 <實施例1>
(A)1-(4-氟苯基)-2-溴丁-1-酮之合成
使氟苯9.61g(100mmol)溶解二氯甲烷50ml中,於氮氣環境下經冷卻至0℃者中,徐徐加入無水氯化鋁26.7g(200mmol),將混合物攪拌15分鐘。於0℃滴下在50ml的二氯甲烷中溶解有2-溴丁醯溴23g(100mmol)者,攪拌30分鐘後,升溫至室溫,攪拌一夜。反應結束後,將混合物注入含濃鹽酸(50ml)的冰水(150ml)中,攪拌10分鐘後,用二氯甲烷(100ml)萃取三次。收集有機層,用水(100ml)與飽和食鹽水(100ml)洗淨,用無水硫酸鎂乾燥。過濾分離乾燥劑,減壓餾去溶劑,用管柱層析術(正己烷:醋酸乙酯=9:1)精製所得之粗生成物而得到目的之酮體22.3g。
(B)1-(4-氟苯基)-2-二甲基胺基丁-1-酮之合成
使1-(4-氟苯基)-2-溴丁-1-酮20.0g(81.6mmol)溶解於乙醇50ml中,將此溶液冷卻至0℃,於其中徐徐滴下11重量%的二甲胺之乙醇溶液198g。將該混合物在0℃攪拌12小時後,藉由在室溫下氮氣冒泡而去除過剩的二甲胺,添加水(100ml)、二氯甲烷(100ml)進行萃取。用無水硫酸鎂使有機層乾燥,過濾分離乾燥劑,減壓餾去溶劑,用管柱層析術(正己烷:醋酸乙酯=2:1)精製所得之粗生成物而得到目的之化合物14.4g。
(C)1-(4-氟苯基)-2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)丁-1-酮之合成
使1-(4-氟苯基)-2-二甲基胺基丁-1-酮8.00g(38.2mmol)溶解於乙腈50ml中,於其中邊攪拌邊徐徐滴下4-甲基苄基溴化物8.49g(45.9mmol)。將該混合物在室溫攪拌12小時後,減壓餾去溶劑,使殘留物溶解於 水50ml中,將溶液加熱至60℃。於該溫度下滴下34%NaOH溶液9.00g(76.4mmol),繼續攪拌30分鐘。於攪拌後,冷卻至室溫為止,添加二氯甲烷(100ml)、水(100ml)進行萃取。用無水硫酸鎂使有機層乾燥,過濾分離乾燥劑,減壓餾去溶劑而得到8.09g的粗生成物。所得之粗生成物係在不進行進一步的精製下使用於以下之反應。
(D)2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)-1-{4-〔4-(2-羥基乙基)哌-1-基〕苯基}丁-1-酮(化合物No.1)之合成
邊攪拌1-(4-氟苯基)-2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)丁-1-酮(來自C的粗生成物)9.50g(30.3mmol)、1-哌乙醇7.89g(60.6mmol)、碳酸鉀8.39g(60.6mmol)及二甲亞碸100ml邊在160℃進行12小時攪拌。於攪拌後,在室溫冷卻反應溶液,添加水(100ml)、二氯甲烷(100ml)進行萃取。用無水硫酸鎂使有機層乾燥,過濾分離乾燥劑,減壓餾去溶劑,用管柱層析術(醋酸乙酯)精製所得之粗生成物而得到目的之化 合物8.29g。
再者,用NMR進行所得之化合物的鑑定,結果可得到如以下之數據,查明上述化合物係2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)-1-{4-〔4-(2-羥基乙基)哌-1-基〕苯基}丁-1-酮(化合物No.1)。
1H-NMR(CDCl3)δ(ppm):8.35(d,2H);7.11(d,2H);7.02(d,2H);6.82(d,2H);3.73(t,2H);3.42(t,2H);3.15(s,2H);2.76(t,4H);2.69(t,2H);2.36(s,6H);2.30(s,3H);1.79-2.09(m,2H);0.70(t,3H)。FD-MS:423。
〔光記錄媒體之製作〕
調製由作為偏光感應性成分的2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)-1-{4-〔4-(2-羥基乙基)哌-1-基〕苯基}丁-1-酮(化合物No.1)5.0重量份、作為聚合物基質形成成分(前驅物)的TEPIC-S(異三聚氰酸三環氧丙酯,日產化學工業(股)製)34.4重量份、4-甲基環己烷-1,2-二羧酸酐(東京化成工業(股)製)60.3重量份、作為硬化觸媒的四丁基鏻二乙基二硫代磷酸鹽(和光純藥工業(股)製)0.4重量份所構成之記錄材料前驅物。將此記錄材料前驅物導入於隔著矽薄膜間隔物(厚度0.3mm)所貼合之2片施有防反射處理的玻璃基板(30mm×30mm,厚度0.5mm)之空隙中,在100℃進行2小時的加熱處 理,接著在140℃進行10小時的加熱處理。得到在2片的玻璃基板之間形成有由光誘導雙折射材料所構成的資訊記錄層之光記錄媒體。
<實施例2>
除了使用2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)-1-{4-〔4-(2-羥基乙基)哌-1-基〕苯基}丁-1-酮(化合物No.1)10.0重量份作為偏光感應性成分,使用9,9-雙(4-環氧丙氧基苯基)茀(新日鐵化學(股)製)49.6重量份、4-甲基環己烷-1,2-二羧酸酐(東京化成工業(股)製)40.1重量份作為聚合物基質形成成分(前驅物)以外,與實施例1同樣地得到光記錄媒體。
<實施例3>
(A)1-(4-氟苯基)-2-溴-2-甲基丙-1-酮之合成
於將二氯甲烷40ml與無水氯化鋁10.34g(77.5mmol)之懸浮液在氮氣環境下冷卻至3℃者中,滴下氟苯7.45g(77.5mmol)的二氯甲烷溶液,攪拌30分鐘。其間,滴下添加2-溴丁醯溴17.83g(77.5mmol)。滴下結束後,將反應系升溫至室溫,攪拌一夜。然後,將 所得之反應混合物注入含濃鹽酸(50ml)的冰水(150ml)中,用二氯甲烷(100ml)萃取三次。用飽和食鹽水(100ml)洗淨有機層,用無水硫酸鎂乾燥後,過濾分離,於減壓下去除溶劑。藉由NMR測定,確認粗生成物(紅褐色液體)19.00g為目的物,直接使用於以下之反應。
(B)1-(4-氟苯基)-2-甲基-2-嗎啉基丙-1-酮之合成
於四氫呋喃18mL中溶解嗎啉7.54g(86.5mmol),冷卻至3℃後,滴下在四氫呋喃18mL中溶解的1-(4-氟苯基)-2-溴-2-甲基丙-1-酮8.51g(34.7mmol)。將所得之混合物在50℃回流72小時後,於混合溶液中加入醋酸乙酯,用1N鹽酸(150ml)萃取3次。於水層中加入氫氧化鈉水溶液而成為鹼性,用醋酸乙酯(100ml)萃取2次。用蒸餾水(100ml)、飽和食鹽水(100ml)洗醋酸乙酯層,用無水硫酸鎂乾燥後,於減壓下去除溶劑。藉由使用醋酸乙酯/己烷的50/50混合液之管柱層析術來精製後,用甲醇進行再結晶,而得到淡黃白色結晶(5.8g)。藉由 NMR測定,確認目的物。
(C)1-〔4-(2-羥基乙硫基)-苯基〕-2-甲基-2-嗎啉基丙-1-酮(化合物No.4)之合成
使巰基乙醇0.67g(8.5mmol)與氫氧化鈉0.34g(8.5mmol)溶解於甲苯5ml中,用迪安-史塔克裝置在120℃回流3小時。另一方面,藉由蒸餾來去除甲苯‧水。於所生成的固形物中加入二甲基甲醯胺2.5ml,將溶液冷卻至室溫後,添加1-(4-氟苯基)-2-甲基-2-嗎啉基丙-1-酮1.7g(6.8mmol)。將混合液在氮氣環境下,於50℃加熱攪拌15小時。然後,添加水30ml,用醋酸乙酯30ml萃取二次。依順序用2%氫氧化鈉水溶液40ml、飽和食鹽水40ml洗淨有機層,用無水硫酸鎂乾燥後,於減壓下去除溶劑後,進行兩次藉由使用醋酸乙酯/己烷的50/50混合液之管柱層析術的精製,得到黃色的黏性液體1.8g(5.8mmol)。藉由NMR測定,確認目的物。
〔光記錄媒體之製作〕
除了使用1-〔4-(2-羥基乙硫基)-苯基〕-2-甲基-2-嗎啉基丙-1-酮(化合物No.4)5.0重量份作為偏光感應性成分,使用TEPIC-S(異三聚氰酸三環氧丙酯,日產化學工業(股)製)35.4重量份、4-甲基環己烷-1,2-二羧酸酐(東京化成工業(股)製)60.0重量份作為聚合物基質形成成分(前驅物)以外,與實施例1同樣地得到光記錄媒體。
<比較例1>
除了使用2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)-1-(4-嗎啉-4-基-苯基)丁-1-酮(IRGACURE 379,BASF公司製)5.0重量份作為偏光感應性成分,使用9,9-雙(4-環氧丙氧基苯基)茀(新日鐵化學(股)製)54.8重量份、4-甲基環己烷-1,2,-二羧酸酐(東京化成工業(股)製)39.9重量份作為聚合物基質形成化合物以外,與實施例1同樣地得到光記錄媒體。
<比較例2>
調製由作為偏光感應性成分的9,10-菲醌(東京化成工業(股)製)1.0重量份、作為熱聚合單體的甲基丙烯酸甲酯(和光純藥工業(股)製)98.6重量份、作為熱聚合引發劑的2,2’-偶氮雙(異丁腈)0.4重量份所構成之記錄材料前驅物。將此記錄材料前驅物在60℃加熱2小時 後,導入於隔著經切出成凹字型的矽間隔物(厚度1.0mm)所貼合之2片玻璃基板之空隙中。然後,在60℃進行6小時加熱處理,而得到光記錄媒體。
<比較例3>
調製由作為偏光感應性成分的2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基膦氧化物(DAROCUR TPO,BASF公司製)10.0重量份、作為聚合物基質形成材料的二環己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯40.9重量份(東京化成工業(股)製)及季戊四醇丙氧化物(平均分子量629:Aldrich公司製)49.1重量份、作為硬化觸媒的月桂酸二丁錫(東京化成工業(股)製)0.07重量份所構成之記錄材料前驅物。將此記錄材料前驅物導入於隔著矽薄膜間隔物(厚度0.3mm)所貼合之2片玻璃基板之空隙中。然後,在氮氣環境下於55℃進行3小時加熱處理,而得到光記錄媒體。
<比較例4>
除了使用1-〔4-(苯硫基)苯基〕-1,2-辛二酮,2-(鄰苯甲醯基肟)(IRGACURE OXE01,BASF公司製)10.0重量份作為偏光感應性成分以外,與比較例3同樣地得到光記錄媒體。
<比較例5>
除了使用2-二甲基胺基-2-(4-甲基苄基)-1-(4-嗎 啉-4-基-苯基)丁-1-酮(IRGACURE 379,BASF公司製)10.0重量份作為偏光感應性成分,使用9,9-雙(4-環氧丙氧基苯基)茀(新日鐵化學(股)製)51.9重量份、4-甲基環己烷-1,2-二羧酸酐(東京化成工業(股)製)37.8重量份作為聚合物基質形成成分(前驅物)以外,與實施例1同樣地得到記錄媒體。
〔記錄再生方法〕
記錄再生係使用圖2及圖3中所示的光學系統,依照如上述之記錄及再生之程序來實施。於圖2中所示的記錄光學系統中,在記錄用之光源使用以單模振盪的波長405nm之半導體雷射,SLM為全畫素全反射狀態,PSLM為全畫素90度偏光調變之狀態。又,於圖3所示的再生光學系統中,在再生用之光源使用波長633nm之He-Ne雷射。
〔測定結果〕
對於實施例及比較例所得之記錄媒體,無排程(即,使記錄信號光及記錄參照光之照射能量成為固定),進行48多重的偏光全像多重記錄,於記錄後1小時以內,測定M#(M number),當作初期之M#。
此處,M#係表示多重記錄性能的指標之1個,m多重記錄時的M#係由下式所定義。
然後,將記錄媒體在溫度23℃至25℃、濕度30%至50%之環境條件下保存,於經過一定時間後再度測定M#,藉由下式求得到M#劣化率。
圖4中顯示相對於記錄後的經過時間而言M#劣化率。根據同圖,比較例1、2中皆隨著時間經過而M#劣化,相對於此,實施例中即使經過2,000小時也沒有觀測到M#之劣化,記錄信號之安定性為良好。
圖5~圖8中顯示對於實施例及比較例所得之記錄媒體如前述地48多重記錄時,來自各繞射光柵的相對繞射強度η/ηmax之輪廓。又,表1中顯示由此數據所求得之ηmin/ηmax。
如由圖5~圖8及表1可明知,本實施例所得之記錄媒體的ηmin/ηmax係顯示0.800之高值,於上述48多重記錄中,本質上不需要排程。又,於比較例1所得之記錄媒體中,由於ηmin/ηmax亦為0.5以上,本質上不需要排程,但可知ηmin/ηmax更高的實施例者係較佳。又,如前述,比較例1所得之記錄媒體,由於在記錄信號的安定性之點有問題,故不能說是良好的記錄媒體。又,於比較例2所得之記錄媒體中,ηmin/ηmax為未達0.1之低值,於上述48多重記錄中,可知需要排程。
〔光誘導雙折射之安定性評價〕
於偏光全像記錄中對記錄媒體照射偏光分布,在記錄媒體中產生對應於生偏光分布的雙折射分布。因此,偏光全像記錄的記錄信號之安定性亦可換言說是所誘導的雙折射分布之安定性,藉由對記錄媒體照射直線偏光,測定所誘導的雙折射之安定性,可簡易地測定記錄信號之安定性。
對於實施例及比較例所得之記錄媒體,使用如圖9中所示的光學系統,進行光誘導雙折射之測定。
激發光照射條件
探測光照射條件
將由直線偏光之照射所誘導的雙折射之極大值當作初期之雙折射,在得到極大值之時間點停止光照射。10分鐘的光照射未顯示極大值的記錄媒體係將光照射10分鐘後之值當作初期之雙折射。然後,將記錄媒體在溫度25℃~120℃之環境條件保存,於經過一定時間後再度測定雙折射,藉由下式求得雙折射劣化率。圖10中顯示結果。
根據同圖,比較例中皆在保存條件下隨著時間經過而雙折射急劇劣化,相對於此,實施例中即使在高溫的條件下也記錄信號的安定性良好。
以上,以上述具體例為基礎來詳細說明本發明,惟本發明不受上述具體例所限定,只要不脫離本發明之範疇,則一切的變形或變更為可能。
10‧‧‧光記錄媒體
11‧‧‧透明基板
12‧‧‧資訊記錄層
12A‧‧‧直線偏光部分
12A’‧‧‧直線偏光部分
12B‧‧‧圓偏光部分
12B’‧‧‧圓偏光部分
21‧‧‧記錄信號光
22‧‧‧記錄參照光
23‧‧‧再生參照光

Claims (9)

  1. 一種光誘導雙折射材料,其係因應所照射的光之偏光狀態而產生雙折射之光誘導雙折射材料,其特徵為含有偏光感應性成分與聚合物基質,前述偏光感應性成分係經由共價鍵與前述聚合物基質鍵結,因光照射而發生的前述偏光感應性成分之反應為不可逆。
  2. 如請求項1之光誘導雙折射材料,其中偏光感應性成分係作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之成分。
  3. 如請求項2之光誘導雙折射材料,其中作為分子內裂解型光自由基產生劑作用之成分係α-胺基苯乙酮衍生物或肟酯衍生物。
  4. 如請求項1~3中任一項之光誘導雙折射材料,其中偏光感應性成分與聚合物基質之鍵結係藉由與形成前述聚合物基質之反應相同的反應而形成者。
  5. 如請求項4之光誘導雙折射材料,其中前述反應係由自由基加成反應、環氧-酸酐加成反應、環氧-胺加成反應、環氧-硫醇加成反應、異氰酸酯-羥基加成反應(胺基甲酸酯形成)、異氰酸酯-胺加成反應(脲形成)、及氫矽烷化反應所成之群組中選出的至少一種。
  6. 一種光記錄媒體,其特徵為具有由如請求項1~5中任一項之光誘導雙折射材料所構成的資訊記錄層。
  7. 如請求項6之光記錄媒體,其中在對記錄區域照射相同或互相正交的偏光狀態之記錄信號光及記錄參照光而進行第1全像記錄後,對前述記錄區域,在與前述第1 全像記錄不同布拉格(Bragg)條件之狀態下,照射相同或互相正交的偏光狀態之記錄信號光及記錄參照光,進行第2全像記錄而實施偏光全像多重記錄時,來自所記錄的各繞射光柵之再生信號光的繞射效率中之最大值ηmax、最小值ηmin滿足ηmin/ηmax≧0.1。
  8. 一種光記錄方法,其特徵為進行偏光全像多重記錄,具備:對如請求項6或7記載之光記錄媒體的一記錄區域,照射相同或互相正交的偏光狀態之記錄信號光及記錄參照光而進行第1全像記錄之步驟;與對前述記錄區域,在與前述第1全像記錄不同布拉格條件之狀態下,照射相同或互相正交的偏光狀態之記錄信號光及記錄參照光而進行第2全像記錄之步驟。
  9. 如請求項8之光記錄方法,其中使前述記錄信號光及前述記錄參照光之照射能量成為固定而進行偏光全像多重記錄時,來自所記錄的各繞射光柵之再生信號光的繞射效率中之最大值ηmax、最小值ηmin滿足ηmin/ηmax≧0.1。
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