(57)【要約】耐湿性および環境耐性のようなセルフシーリング特性を有するホログラフィー製品を開示している。このホログラフィー製品は、ポリオールに対して過剰量の（即ち、非化学量論的な量の）ポリイソシアネートを含んでいる混合物の反応によって形成される。このホログラフィー記録製品は、高い光学透明性を示し散乱が少ない。
2005502918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオールに対して化学量論的に過剰量のポリイソシアネートを含む混合物の重合反応により形成されたポリマー内にフォトアクティブ材料が分散された光学製品であって、該光学製品がセルフシーリング性を有することを特徴とする光学製品。
【請求項２】
前記ポリオールが、フッ素含有ポリオールを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学製品。
【請求項３】
前記光学製品が、さらに未反応のポリイソシアネートを含有することを特徴とする請求項１に記載の光学製品。
【請求項４】
ポリ尿酸をさらに含み、該ポリ尿酸が、未反応のポリイソシアネートと水との反応により形成されることを特徴とする請求項１記載の光学製品。
【請求項５】
前記イソシアネートが、ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートの誘導体、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネート、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネートの誘導体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択されたことを特徴とする請求項１記載の光学製品。
【請求項６】
前記ポリオールが、フッ素含有ポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラクタム、ポリプロピレンオキサイド、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびそれらを組み合わせたもののジオール、トリオールからなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の光学製品。
【請求項７】
前記フォトアクティブ材料が、アクリレートモノマーであることを特徴とする請求項１記載の光学製品。
【請求項８】
前記光学製品が、光学波長記録メディア、ホログラフィー記録メディアおよびそれらを組み合わせたものから選択されることを特徴とする請求項１記載の光学製品。
【請求項９】
前記ポリオールにおけるＯＨに対する、前記ポリイソシアネートにおけるＮＣＯ比率が、約１．０１〜約４の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の光学製品。
【請求項１０】
前記フッ素含有ポリオールにおけるＯＨに対する、前記ポリイソシアネートにおけるＮＣＯ比率が、約１．１〜約２．１の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の光学製品。
【請求項１１】
光学製品をセルフシーリングするための方法であって、該光学製品を水に対して浸し、ポリ尿酸を形成する工程とを含み、
前記光学製品が、ポリオールに対して化学量論的に過剰量のポリイソシアネートからなる混合物を重合反応させることにより形成されたポリマー中に分散されたフォトアクティブ材料を含むことを特徴とする光学製品の製造方法。
【請求項１２】
前記ポリオールが、フッ素含有ポリオールを含むことを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１３】
前記光学製品が、さらに、未反応のポリイソシアネートを含むことを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１４】
ポリ尿酸をさらに含み、該ポリ尿酸が、未反応のポリイソシアネートと水との反応により形成されることを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１５】
前記イソシアネートが、ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートの誘導体、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネート、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネートの誘導体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択されたことを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１６】
前記ポリオールが、フッ素含有ポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラクタム、ポリプロピレンオキサイド、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびそれらを組み合わせたもののジオール、トリオールからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１７】
前記フォトアクティブ材料が、アクリレートモノマーであることを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１８】
前記光学製品が、光学波長記録メディア、ホログラフィー記録メディアおよびそれらを組み合わせたものから選択されることを特徴とする請求項１１記載の光学製品の製造方法。
【請求項１９】
前記ポリオールにおけるＯＨに対する、前記ポリイソシアネートにおけるＮＣＯ比率が、約１．０１〜約４の範囲にあることを特徴とする請求項１１記載の光学製品。
【請求項２０】
前記フッ素含有ポリオールにおけるＯＨに対する、前記ポリイソシアネートにおけるＮＣＯ比率が、約１．１〜約２．１の範囲にあることを特徴とする請求項１２記載の光学製品。
【請求項２１】
光学製品を製造する方法であって、
ポリオールに対して、化学量論的に過剰量のポリイソシアネートを含有する混合物中にフォトアクティブ材料を分散させる工程と、
前記ポリイソシアネートと前記ポリオールとを重合させる工程と、
前記光学製品を形成する工程と、を備え、
前記光学製品が、セルフシーリング性を有することを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記ポリオールが、フッ素含有ポリオールを含むことを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２３】
前記光学製品が、未反応のポリイソシアネートをさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２４】
ポリ尿酸をさらに含み、該ポリ尿酸が、未反応のポリイソシアネートと水との反応により形成されることを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２５】
前記イソシアネートが、ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートの誘導体、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネート、メチレンビスシクロヘキシルイソシアネートの誘導体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択されたことを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２６】
前記ポリオールが、フッ素含有ポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラクタム、ポリプロピレンオキサイド、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、およびそれらを組み合わせたもののジオール、トリオールからなる群から選択されることを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２７】
前記フォトアクティブ材料が、アクリレートモノマーであることを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２８】
前記光学製品が、光学波長記録メディア、ホログラフィー記録メディアおよびそれらを組み合わせたものから選択されることを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項２９】
前記ポリオールにおけるＯＨに対する、前記ポリイソシアネートにおけるＮＣＯ比率が、約１．０１〜約４の範囲にあることを特徴とする請求項２１記載の光学製品の製造方法。
【請求項３０】
前記フッ素含有ポリオールにおけるＯＨに対する、前記ポリイソシアネートにおけるＮＣＯ比率が、約１．１〜約２．１の範囲にあることを特徴とする請求項２２記載の光学製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連する出願）
本出願は、２００１年９月１３日に出願され、発明の名称が本出願と同じである米国仮出願６０/３２２,２３４号に基づいて優先権を主張する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、ホログラフィー記録メディアを含む光学製品に関する。詳細には、ホログラフィー記録システムに用いる場合にも、若しくは光学フィルター又はビームスティーラー（beam steerers）等の部品として用いる場合にも好適に使用されるメディアに関する。特に、本発明は、セルフシール性、そのことによって耐湿性、環境耐性を有するホログラフィー記録用混合物に関する。
【０００３】
（背景技術）
情報記憶装置およびその記録方法の開発者は、増加した記憶容量のものを求め続けている。この開発の一部として、いわゆるページワイドメモリシステム、特に、ホログラフィーシステムが、従来の記録装置に代わって提案されている。
【０００４】
ホログラムはデータを三次元的に保存して、一時にデータの全ページを読み込む。即ち、ページワイズに読み込みを行う。これは、２次元的にデータを記録して一時にトラックを読み取る光学ＣＤディスクとは異なる。ページワイズシステムには、データの２次元的表示（例えば、ページ）の全部を保存し読み出すことが含まれる。一般的に、記録用光は、暗領域と透明領域（これらはデータを表す）の２次元的アレイを通過する。ホログラフィーシステムでは、保存メディアに刻み込まれた反射率の変化のパターンとして、ページのホログラフィー表示を３次元的に記録する。ホログラフィーシステムは、D.Psaltisなどによる「ホログラフィックメモリ」（サイエンティフィックアメリカン、1995年11月）で一般に説明されている。この文献で開示されているものを本願に引用して援用する。
【０００５】
ホログラフィー記録の１つの方法として、位相相関多重ホログラフィーが挙げられる。これは、1998年2月17日に出願された米国特許第719,691号明細書に開示されている。この文献で開示されたものを本願で引用して援用する。
【０００６】
ホログラムを記録することの利点は、高密度(１０億バイトのデータの１００倍の記憶量)、ハイスピード(１０億ビット/秒以上の転送速度)、ランダムに選択されたデータ要素を１００マイクロ秒以下で選ぶことができる能力にある。これらの利点は、３次元的記録に起因し、データの全ページを一時に読み出すことに起因する。
【０００７】
ホログラムは回折格子として知られているようなパターンである。この回折格子は、２つのレーザー光線が、交差するビームにより特性が変化する感光材料(ＬＳＫ)の中で互いに干渉するときに形成される。ＬＳＫの１つの選択肢として、感光性ポリマーフィルムが挙げられる。例えば、W.K.Smothersなどによる「ホログラフィー用フォトポリマー」（SPIE OE/レーザーコンファレンス、1212-03、ロサンジェルス(ＣＡ)、1990年）を参照のこと。この雑誌に記載された材料は、液体モノマー材料（フォトアクティブモノマー）および光開始剤（露光することによりモノマーのポリマー重合を促進する）を含有する光イメージ可能な系（photoimageable system）が含まれる。ここでは、光イメージ可能な系は、露光に対して実質的に不活性の有機ポリマーホストマトリクス内に存在する。情報を材料の中に（データを示すアレイに記録用光を通過させることにより）書き込んでいる間に、このモノマーは露光された領域において重合される。
【０００８】
米国特許第6,103,454号明細書及び特許出願第09/046,822号は、有機ポリマーマトリクスにおける光イメージ可能な系に関する。この文献で開示されたものを本願において引用して援用する。特に、この出願は、マトリクス材料を有機的オリゴマーマトリクス前駆物質および光イメージ可能な系の液体混合物からその場でマトリクス材料を重合することにより形成された記録メディアが開示されている。
【０００９】
ポリイソシアネートとポリオールとの反応によって形成された架橋マトリクスを有する従来の光イメージ可能なホログラフィーメディアは、ポリオールに対して化学量論量のポリイソシアネートとの反応によって形成されたマトリクス混合物を用いてきた。しかしながら、出願人は、不意に、ポリオールに対して過剰量（化学量論的ではない量）のポリイソシアネートを含む混合物の反応により形成され、一旦ホログラフィー記録製品に形成された架橋マトリクスが、光学透明性が高いこと及び散乱が低いことを示すことを見出した。
【００１０】
（発明の開示）
高機能のホログラフィー記録製品に関する本発明は、ポリオールに対して過剰量(即ち、化学量論的でない量)のポリイソシアネートを含んでいる調剤から形成される架橋マトリクスを含む新規なホログラフィー製品に基づく。これは、これらのメディアのホログラフィー特性にいくつかの利点を与える。
【００１１】
さらに、出願人は、ポリオールがフッ素、塩素およびシリコンのような化合物を含んでいるときに、形成された製品が光学的に明瞭性を有し、散乱が少ないこと、さらに前述のフッ素、塩素、及びシリコン化合物と混合している炭化水素系において一般的に見られる不明瞭性、及び不親和性が無いということを見出した。この製品において、この領域の過剰量のポリイソシアネートは、大気もしくは外気を含むあらゆる湿気に対して晒されており、時間をかけて湿気と反応し、強固なポリ尿酸バリアーを形成する。
【００１２】
本発明の別の利点は、当業者であれば次の詳細な説明から明らかとなる。本明細書では、本発明に係る好ましい実施の形態だけが、本発明を実行するために意図されているベストモードだけを例示することにより示され記載されている。当然、本発明は他の実施形態および異なった実施形態が可能であり、本発明から外れない全ての範囲において、様々な自明な観点から、その詳細を改良することが可能である。従って、図面と説明は当然例示するものであり限定するものではない。
【００１３】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、セルフシーリング性を有し、そのことにより耐湿性があり、環境耐性がある光学製品に関する。本発明の明細書において、もし光学製品が湿気の侵入を阻害し、光学製品の元素と環境的に存在する元素（例えば、水、酸素、一般的に存在する他の元素）との化学的若しくは物理的いずれかの反応に対して環境耐性を与えるバリアーを備えるならば、光学製品はセルフシーリング性を有するということができる。
【００１４】
例えば、ホログラフィー記録用混合物が基板間にはさまれているようなホログラフィー記録製品における好ましい実施形態では、ポリ尿素バリアーは、湿気に晒された領域においてフレームとして形成される。イソシアネート（ＮＣＯ）と湿気との反応は、以下の反応スキームに従い進む。
Ｒ−ＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｒ−ＮＨ２＋ＣＯ２↑
Ｒ−ＮＨ２＋Ｒ−ＮＣＯ→Ｒ−ＮＨ−ＣＯ−ＮＨ−Ｒ
【００１５】
ポリ尿素架橋は、湿気に対するバリアーとしてのみ機能し、また、例えばフッ素処理されたポリオールの疎水基と結合させ、光学製品に対して大気に対する保護を改善することができる。ホログラフィー記録製品の場合において、この製品は、湿度が高い環境に晒された場合でさえも、それらの保存容量、光学平坦性、及び透明性を保持する。
【００１６】
本発明の光学製品（例えば、ホログラフィー記録メディア）は、マトリクス前駆物質及びフォトアクティブ材料（好ましくはフォトアクティブモノマー）を混合するステップ及びこの混合物を硬化させその場でマトリクスを形成するステップにより形成される。マトリクス前駆物質およびフォトアクティブモノマーは、（ａ）マトリクス前駆物質が硬化の間に重合される反応が、パターン（例えばデータ）の書き込みの間フォトアクティブモノマーが重合される反応から独立しており、（ｂ）マトリクスポリマーと、フォトアクティブモノマー（フォトポリマー）の重合に起因するポリマーとが、互いに相溶性を有する。上述したように、フォトレコーディング材料（マトリクス材料と、フォトアクティブモノマー、光開始剤、及び／又は他の添加物）が、少なくとも約１０５Ｐａ、一般的に約１０５Ｐａ〜約１０９Ｐａ、好ましくは約１０６Ｐａ〜約１０８Ｐａの弾性率を示す時にマトリクスが形成されると考えられる。
【００１７】
マトリクスポリマーとフォトポリマーとが相溶性を有することにより、コンポーネントのラージスケール（＞１００ｎｍ）の相分離を防止できる傾向にある。そのようなラージスケールの相分離が、好ましくない不明瞭さ若しくは不透明をもたらす。独立した反応により重合されるフォトアクティブモノマー及びマトリクス前駆物質を使用することにより、実質的に相互反応がない硬化されたマトリクスを提供する。そのため、このフォトアクティブモノマーは、マトリクス硬化の間、実質的に不活性のままである。さらに、独立した反応のため、フォトアクティブモノマーの二次的重合反応の阻害が無い。結果物としての光学製品は、マトリクスがフォトアクティブモノマーから独立しているため、所望の屈折率コントラストを示すことができる。
【００１８】
この光学製品は、マトリクスがフォトアクティブモノマーから独立しているため、所望の屈折率のコントラストを示すことができる。上記のように、ホログラム、導波管若しくは他の光学製品の作製は、メディアの露光された領域と露光されていない領域との間の屈折率のコントラスト（Δｎ）に依存している。このコントラストは、少なくとも部分的に、露出された領域に対してモノマーが分散することによる。ホログラムが読み込まれるとき、コントラストが高いことによりシグナル強度が改善され、導波管において光波を効率的に閉じ込めることができるためには、高い屈折率コントラストが望まれる。本発明において、高い屈折率コントラストを与える１つの方法は、実質的にマトリクスと反応しない成分とマトリクスのバルクで示される屈折率とは実質的に異なる屈折率を有する成分（屈折率にコントラストをつけた部分と称される成分）を有するフォトアクティブモノマーを使用することである。高いコントラストは、例えば、低濃度の重原子及び共役二重結合（低い屈折率を与える）を含む第一脂肪族炭化水素若しくは飽和脂環式炭化水素を主として含むマトリクスと、第一芳香族若しくは同様の高屈折率部分から形成されるフォトアクティブモノマーを使用することにより得られる。
【００１９】
マトリクスは、硬化ステップ（硬化は、ポリマー性のマトリクスを形成するため、前駆物質の反応を誘導するステップを示す）によりマトリクス前駆物質からその場で形成された固体ポリマーである。前駆物質は、１以上のモノマー、１以上のオリゴマー若しくはモノマー及びオリゴマーの混合物であってもよい。さらに、単一の前駆物質内に、若しくは前駆物質のグループ内に、１以上の種類の前駆物質官能基が存在していてもよい。（前駆物質官能基は、マトリクス硬化の間の重合に必要な反応サイトである前駆物質分子上に存在する官能基である。）フォトアクティブモノマーと混合することを促進するため、この前駆物質は約−５０℃と約８０℃の間の温度で液体であることが好ましい。このマトリクス重合は室温で実行されることが好ましい。また、この重合反応は５分以内に実行可能であることが好ましい。フォトレコーディング材料のガラス転位温度（Ｔｇ）は、ホログラフィー記録プロセスの間、フォトアクティブモノマーの十分な拡散と化学反応を可能にするくらい十分低いことが好ましい。Ｔｇは、一般的なホログラフィーレコーディングが実行される温度より高い５０℃以上でないことが好ましい。一般的なホログラフィーレコーディングでは、これは、（従来の方法により測定される場合）約８０℃と約−１３０℃との間のＴｇを意味する。マトリクスが３次元ネットワーク構造（直鎖構造とは対照的である）を示し、上述した所望の屈折率を与えることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るマトリクスポリマーを形成するために意図された重合反応の具体例として、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアレンエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ-アミンステップ重合、エポキシ-メルカプタンステップ重合、不飽和のエステル-アミンステップ重合(マイケル付加反応による)、不飽和エステル-メルカプタンステップ重合(マイケル付加反応による)、ビニル-シリコン水素化ステップ重合(ヒドロシリル化)、イソシアネートハイドロキシルステップ重合(ウレタン形成)、及びイソシアネートアミンステップ重合(尿素形成)を含む。
【００２１】
そのようないくつかの反応は、適切な触媒によって可能になり、加速される。例えば、カチオンエポキシ重合は、ＢＦ３ベースの触媒(あるいは他のルイス酸)を使用することによって、室温で急速に起こり、他のカチオン重合は、プロトンの存在下で促進され、エポキシ-メルカプト反応及びマイケル付加反応は、アミンのような塩基により加速され、ハイドロキシル化は、プラチナのような遷移金属触媒の存在下で、急速に促進され、スズ触媒が用いられるとき、ウレタン及び尿素形成が急速に促進される。また、光発生（photogeneration）の間フォトアクティブモノマーの重合反応を防止するステップを取る場合は、マトリクス形成のため光発生触媒を使用することが可能である。ホログラフィー記録製品用混合物は、次の成分を含有する:
ポリイソシアネート              ２０-５０ ｗｔ％
アクリレートモノマー            １-１５ ｗｔ％
光開始剤                        ０.２-３ ｗｔ％
ポリオール                      ４０-８０ ｗｔ％
触媒                            ０.１-３ ｗｔ％
添加剤                          ０.００１-０.５ ｗｔ％
【００２２】
ポリイソシアネートは、２もしくはそれ以上の機能を有する脂肪族化合物または脂環式化合物である。具体例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリメチルヘキサメチルジイソシアネート（ＴＭＤＩ）、イソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、ビス（４-イソシアネートシクロヘキシル)メタン（ＨＭＤＩ）及びテトラメチルキシレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）が挙げられる。任意ではあるが、ＮＣＯで終端する官能基を有するオリゴマーを使用してもよい。好ましいポリイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）及びビゥレット（biuret）、ウレチディオン(uretidione)、イソシアネート誘導体である。
【００２３】
ＮＣＯで終端する前駆ポリマーは、ＮＣＯを１０〜２５重量％の範囲で有するジオール及びジイソシアネートの中間物質から選択される。ＮＣＯ含有量は、前駆ポリマー、未反応のジイソシアネート及び任意であるが添加された純ポリイソシアネートに基づいて決定され、より高い性能の特性を得る。芳香性のジイソシアネートベースのプレポリマーを使用してもよい。
【００２４】
ポリオールは、ポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラクタム、ポリプロピレンオキサイドおよび他のポリエーテルのジオールおよびトリオール、およびポリエステルポリオールから選ばれる。好ましいポリオールは、６００〜３,０００の範囲のモル重量を有するポリプロピレンオキサイドトリオール、または、６００〜３,０００の範囲のモル重量を有するポリテトラメチレンである。好ましくは、ポリオールは、過剰量のポリイソシアネートと最初に反応させるため、湿気がなく、泡のないマトリクスシステムを生成させる。高温真空乾留処理若しくは除湿剤若しくは触媒のような添加物を使用して、確実に、水残留物が使用前にポリオールの中に残らないようにしてもよい。上記触媒は、水以外のハイドロキシルに対するイソシアネートの反応のみを促進するものである。炭素、酸素および水素以外の元素を含んでいるポリオールに対して、フッ素、ケイ素又は塩素で処理されたポリオールを使用して、過剰量のポリイソシアネートと反応させる。フッ素で処理されたポリオールの場合には、高い光学特性(不明瞭および不透明でないこと)および性能を達成するために、ポリオールは、フッ素で処理されたポリエーテルジオールから選ばれる。これらは、トリフルオロメチル、トリフルオロエチル、若しくはテトラフルオロメチル部分をポリマー鎖若しくは枝状のチェーンに含むポリオールが含まれるが、これらに限定されるというわけではない。好ましいフッ化処理されたジオールは、３５０〜４５００のモル分子量のオクセタン化合物から調合されるポリエーテルジオールである。より好ましくは、１５００〜４２００であり、フッ素の重量％が１０〜４０％である。あるフッ素処理されたオキセタンオリゴマージオールは、「PolyFox」の商標の下、Omnova  Solutions 社から商業的に入手可能である。これは、約３８００の分子量（３１％重量％のフッ素を含む）を有する。フッ素処理されたポリオールとフッ素で処理されていないポリオールとを混合して、所望の物理的及び化学的パフォーマンス特性を得ることが好ましい。これらのポリオールとして、４５０〜６０００に及ぶ分子量を有するポリテトラメチレングリコール、ポリカプロラクタン、ポリプロピレンオキサイドおよびポリエステルポリオールのジオールおよびトリオールが選択される。
【００２５】
ＯＨと過剰のＮＣＯとの比率が使用され、熱により架橋したマトリクスを形成する。ＮＣＯ／ＯＨの範囲は１.０１/１.０から４.０/１.０である。好ましくは、この範囲は１.１/１.０から２.１/１.０である。
【００２６】
フォトアクティブ材料は、露光による反応（好ましくは光開始される重合反応）を受けることができる如何なる材料（フォトアクティブモノマー）であってもよい。フォトアクティブ材料がフォトアクティブモノマーである場合、このフォトアクティブモノマーは、マトリクス材料と共に、重合反応をおこし、本発明の相溶性の条件を満たす。
適切なフォトアクティブモノマーは、ラジカルでない反応により重合されたもの（例えばアクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン、置換されたスチレン、ビニルナフタレン、置換されたビニルナフタレン、他のビニル誘導体のようなメチレン不飽和を含む分子）を含む。好ましいアクリレートモノマーは、機能性を有する。これらには、２、４、６-トリブロモフェニルアクリレート、ペンタブロモアクリレート、イソボニルアクリレート、フェニルチオエチルアクリレート、テトラハイドロフルフリルアクリレート、１-ビニル-２-ピローリディノン、非対称のビスチオナフタルアクリレート、２-フェノキシエチルアクリレートおよび同様のものが含まれる。
【００２７】
また、マレイン酸塩と混合されたビニルエーテルやオレフィンと混合されたチオールのようなラジカルでない共重合系が適している。また、ビニルエーテル、アルケニルエーテル、アレンエーテル、ケテンアセタールおよびエポキシ樹脂のようなカチオン重合系を使用することが可能である。また、単一のフォトアクティブモノマー分子が１以上のモノマー官能基を含んでいてもよい。上述のように、記録メディア内での改善された読み出し、若しくは、導波路における効率的な光閉じ込めであるかに係わらず、本発明において、比較的高反射率コントラストが望まれる。さらに、少ないモノマー官能基により、この比較的大きな屈折率変化をもたらすことが好ましい。これは、モノマー重合が一般的に材料に収縮を誘発するためである。
【００２８】
かかる収縮は、伝送損失または他にもパフォーマンスからのずれが増加することにより、保存されたホログラムからのデータの回復において不利益な効果を齎し、導波デバイスの性能を低下させる。それゆえ、必要な屈折率コントラストを得るために、重合されるべきモノマー官能基の数を減少させることが好ましい。このように減少させることは、モノマー内のモノマー官能基の数に対してモノマーのモル体積率を増加させることにより可能である。この増加は、モノマー中に、より広い屈折率コントラスト成分、および／または、より高い屈折率コントラストを有する成分を混合することにより得ることが可能である。例えば、もしマトリクスが主として脂肪族若しくはその他の低い屈折率成分からできていて、このモノマーが、より高い屈折率がベンゼン環により分け与えられる、より高い屈折率の化学種であるならば、このモル体積は、モノマー官能基の数に比例して増加する。これは、ベンゼンリングの代わりにナフタレンリングを入れることによって（ナフタレンはより大きなモル体積を有する）、また、モノマー官能基の数を増加させること無く、１以上のベンゼンリングを加えることによって、増加させる。このように、より大きな分子体積/モノマー官能基比率を有する、所定の体積比率の重合反応は、より少ないモノマー官能基を有する重合反応を必要とし、それにより収縮が少ない。しかし、モノマーの必要な体積分率は、まだ露光されない領域から露光された領域へ拡散し、それにより、所望の屈折率を提供する。
【００２９】
しかしながら、モノマーの分子体積は、許容される速度以下に拡散を遅くするほど大きくないほうがよい。拡散速度は、拡散する化学種のサイズ、メディアの粘性、及び分子間相互作用を含む要因により制御される。より大きな化学種は、よりゆっくり拡散する傾向がある。しかし、それは、いくつかの状況において、粘性を低下させるかまたは許容される水準まで拡散を上げるために、存在する他の分子への調整を行うことが可能である。本明細書における説明では、より大きな分子がマトリクスとの相溶性を確実に維持することは重要である。
【００３０】
多数の構造が、多重屈折率コントラスト成分を含んでいるモノマーに対して可能である。例えば、その成分が、線形のオリゴマーの主鎖にあるか、オリゴマー鎖に沿った置換基であってもよい。別の実施の形態では、屈折率コントラスト成分が枝分かれした樹状の低分子量ポリマーのサブユニットであってもよい。
【００３１】
光学製品は、フォトアクティブモノマーだけでなく、一般的には光開始剤（全体として光開始剤及びフォトアクティブモノマーは全体の光イメージ形成可能な系の一部である）を含んでいる。光開始剤は、記録用光の比較的低いレベルの露光により、モノマーの重合反応を化学的に開始させ、直接光によって誘導されるモノマー重合反応を必要としない。一般的に、光開始剤は、特定のフォトアクティブモノマー重合を開始させる化学種の供給源を提供すべきである。一般的には、フォトイメージ形成可能な系の重量に基づいて、０.０１〜２０重量％の光開始剤が、望ましい結果を齎す。
【００３２】
この技術分野における当業者に知られており、商業的に利用可能である様々な光開始剤は、本発明における使用に適している。光開始剤は、光源に対するそれらの感度に従って選択される。例えば、Irgacure 369、Irgacure 819、ITXおよびIrgacure907は、商業的に入手可能な青色レーザーシステムに適している。CGI-784は緑色レーザーシステムに適している。また、CB-650は赤色レーザーシステムに適している。IrgacureとCGIは、Cibaから入手可能であり、CB-650は、Spectra Groupから入手可能である。CGI-784は、ビス(η-5-2,4-シクロペンタジエン-1-yl))ビス[2,6-ジフルオロ-3-(1H-ピロール-1-yl)フェニル]チタンである。本発明の光開始システムは、チバ特殊化学薬品(ＣＳＣ)からのＵＶ開始剤をさらに含んでいる。これは、ＵＶ波長において最大吸収を有し、電磁スペクトルの青色領域（４００〜５００ｎｍ）へ伸びる吸収テールを有している。これらは、Darocur 4265、Irgacure 184、Irgacure 369、Irgacure 1800、Irgacure 2020、及びIrgacure 819、が含まれ、最後ものが好ましい。この発明で使用されるＣＳＣから入手可能な光開始剤のいくつかは、次の特性を有している。
【００３３】
Irgacure 819は、吸収が４４０ｎｍ（可視の青色領域）において強く、ＵＶスペクトル領域では吸収が弱いホスフィンオキサイド光開始剤である。
【化１】
2005502918.tif 000003
Irgacure 819XFは、Irgacure 819を細かく挽いたバージョンであり、共通のアクリルモノマーにおいてより急速に溶解する。
Irgacure 2020は、光開始剤を含んでいる液体ホスフィンオキサイドである。
Irgacure 1300は、Irgacure 369と比較して溶解度が改善された光開始剤に基づく、急速に溶解する、アルファヒドロキシケトンである。
Irgacure 184は、多くの調剤においてコーイニシエータとして有用な、黄色でなく固体状の光開始剤である。
Darocur 1173は、低粘性を有する、黄色でなく液体状の光開始剤である。良好な溶解度特性により他の光開始剤と混合した場合において有用となる。
Irgacure 500は、ベンゾフェノンとIrgacure 184との液体混合物である。この共融混合物にベンゾフェノンを含有するため、この調剤は、抽出可能な水素を逆成する（donating）成分を含んでおり、最適のパフォーマンスを達成する。
Irgacure 651は、スチレンを含む調剤において有用な一般的目的の固体状ＵＶ光開始剤であり、ここでは次の黄色化工程が必須ではない。
Darocur 4265は、Darocur 1173とLucirin TPOとを混合したものを含んでいる液体状光開始剤である。Lucirin TPOは、ＢＡＳＦの生成物である。
Irgacure 2959は、まさに低芳香性および低揮発性の光開始剤である。それは末端にＯＨ基を含んでいる。それは追加の反応によりサイトを与えてもよい。
ＣＳＣからの他の光開始剤は、Irgacure 369、Irgacure 1800、及びIrgacure 1700を含む。
上記の光開始剤は、単独でまたは他の開始剤と共に用いてもよい。
また、ジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾール)ホスフィンオキサイドを光開始剤として用いることができる。これは、ＣＳＣからではなく、オールドリッチから得ることができる。
これは、Irgacure 819と同様のホスフィンオキサイドである。しかしスペクトルの青色領域においてより低い吸光度を有している。ＤＴＢＰＯの一般式は次の通りである:
【化２】
2005502918.tif 000004
【００３４】
スズ触媒を用いることが好ましい。これらは、ジアルキルラウレートスズ、ジアルキルジラウレートスズ、第一スズオクトアート、ジアルキルカルボキシレートスズ、ジアルキルメルカプチドスズ、水銀ベースのスズ化合物およびその他のものである。
【００３５】
添加剤は、ブチル化されたハイドロキシトルエン（ＢＨＴ）、フェノチアジン、ヒドロキノンおよびヒドロキノンのメチルエーテルのような熱安定剤、過酸化物、亜リン酸塩、及びハイドロキシアミンのような還元剤及び取り込まれたエアーバブルを除去するためのディフォーマーまたは脱気剤を含んでいる。
【００３６】
本発明の目的のために、高分子は、高分子のブレンドが９０°の光散乱において、７×１０−３ ｃｍ−１以下のレーリーの比率(Ｒ９０°)によって特徴づけられるならば、相溶性をもつと考えられる。レーリーの比率(Ｒθ)は、従来から知られている特性であり、メディアが非極性の光の単位強度で照射されるときの、単位体積当たり、ステルラジアン当たりの、方向θに散乱するエネルギーによって定義されている。このことは、M.Kerkerの光及び他の電磁波散乱（アカデミックプレス、サンディエゴ(１９６９年)）で説明されている。測定に用いられる光源は、一般に、スペクトルの可視光部分の波長を有するレーザーである。通常は、ホログラムを書き込むときに使用することが意図された波長を使用している。散乱計測は、大量に露光される光記録材料に対してなされる。散乱光は、一般的に光検出器により、入射角と９０°の角度で集光される。蛍光を阻止するために、レーザー波長の中心と一致した狭周波数帯フィルターをかかる光検出器の前に置いてもよい。しかし、そのようなステップは必要でない。レーリーの比率は、既知のレーリー比率を有する参照物質のエネルギー散乱と比較することにより一般的に得られる。
【００３７】
例えば、単一のガラス遷移温度を示すような従来の実験により、混和性であると考えられるポリマーブレンドは、一般的によく相溶性を有する。即ち、混和性は、相溶性の部分集合である。標準的な混和性ガイドラインおよび表は、相溶性をもつブレンドを選択する場合に有用である。しかしながら、非混合性のポリマーブレンドが、上記の光散乱実験に従って相溶性をもつことは可能である。
【００３８】
ポリマーブレンドは、ブレンドが、従来方式によって測定された単一のガラス転移温度(Ｔｇ)を示すならば、混和性を有すると一般に考えられる。一般的に、混ざらないブレンドは、それぞれのポリマーのＴｇ値に対応する２つのガラス転移温度を示すだろう。Ｔｇテストは、通常、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）によって行なわれ、Ｔｇは熱流のステップ変化（通常縦軸）として示す。報告されたＴｇは、一般的に、縦座標が遷移の前および後における外挿されたベースライン間の中間点に縦軸が達する温度である。また、Ｔｇを測定するため、動的機構分析（ＤＭＡ）を用いることも可能である。ＤＭＡは、材料の保存率を測定するが、この保存率はガラス転移領域において数桁落ちる。混合物のポリマーが、互いに近いＴｇ値を有するポリマーブレンドの場合に用いることが可能である。そのような場合、このようなオーバーラップするＴｇを分解するための従来方式を用いることができる。これは、Brinke等による「エンタルピー緩和による多重構成要素システムの熱的特性」（Thermochimica Acta.,238(1994)）の７５頁の中で記載されている。
【００３９】
混和性を示すマトリクスポリマーおよびフォトポリマーはいくつかの方法により選択することができる。例えば、混和性ポリマーに関して刊行された編集物（例えば、O.Olabisi等による「ポリマー-ポリマー相溶性」（アカデミックプレス、ニューヨーク、１９７９年、L.M.Robeson、MMI、Press Symp. Ser.,2, 177, 1982);L.A. Utrackiによる「ポリマーアロイおよびブレンド:熱力学および流動学」（Hanser出版社、ミュンヘン、1989年）;及び、S.Krauseによる「ポリマー・ハンドブック」（J.BrandrupおよびE.H.Immergut、編集物(３巻)、ウィリーインターサイエンス、ニューヨーク、1989年、pp. VI 347-370）(これらの中に開示されたものは、本願において引用して援用する。)）が利用可能である。目的の特定高分子が、このような参考文献に見当たらないとしても、明示のアプローチにより制御サンプルを用いることにより相溶性のある光記録材料を決定することができる。
【００４０】
さらに、一般的に混和性をもたらす分子間相互作用に関する知見は、混和性若しくは相溶性ブレンドの決定の助けとなる。例えば、ポリスチレンとポリ（メチルビニルエーテル）は、メチルエーテル基とフェニル環との間の吸引性相互作用力のために混和性を有することがよく知られている。それゆえ、２つのポリマーの混和性（少なくと相溶性）を促進させるため、一方のポリマー内のメチルエーテル基と、他方のポリマー内のフェニル基を設けることも可能である。また、イオン性相互作用をもたらす適切な官能基を導入することにより、非混和性ポリマーを混和性とすることができるということを示している。（Z.L.ZhouおよびA.Eisenbergによる「J.Polym.Sci.,Polvm.Phvs.Ed.,21(4)、595、1983;R.MuraliおよびA.EisenbergによるJ: Polym. Sci.,PartB:Polym. Phys., 26(7).1385,1988;及びA Natansohn等による「Makromol. Chem.,Macromol.Symp., 16,175、1988参照）。例えば、ポリイソプレンとポリスチレンとは非混和性である。しかしながら、ポリイソプレンの一部を部分的にスルホン化し(５％)、４−ビニルピリジンをポリスチレンと共重合させると、これら２つの機能性を有するポリマーのブレンドは混和性を有する。スルホン酸基とピリジン基間のイオン性相互作用は、このブレンドをよく混ざるようにするための駆動力である。同様に、通常非混和性のポリスチレンとポリ（エチルアクリレート）は、このポリスチレンを光によりスルホン化することにより混和性となる。(R.E.Taylor-SmithおよびR.A.Registerによる「超高分子」（26、2802、1993)を参照のこと。）非混和性のポリマーを混和性にするため、電荷移動が用いられてきた。例えば、ポリ(メチルアクリレート)およびポリ(メチルメタクリレート)は非混和性であるが、前者が(N-メチルカルバゾール-3-イル)メチルアクリレート（電子ドナー）と共重合され、後者は２-[(３,５-ジニトロベンゾニル)オキシ]エチルメタクリレート(電子アクセプター)と共重合された混合物は、ドナーとアクセプターの量が適量使用される場合、混和性を有することとなる。（M.C.PitonおよびA.Natansohnによる「超高分子」（28、15、1995）参照のこと。）また、対応するドナー-アクセプター共重合体を用いることにより、ポリスチレンは、ポリ(メチルメタクリレート)と混和性を有することができる。（M.C.PitonおよびA.Natansohnによる「超高分子」（28、1605、1995）参照のこと。）
【００４１】
A.HaleおよびH.Bairによる４章の”ポリマーブレンドおよびブロック共重合体”「ポリマー材料の熱特性」（第２巻、アカデミックプレス、1997年）において発行された最近の総説の中で反映されているように、ポリマーの混和性若しくは相溶性を概算するための様々なテスト方法が存在する。例えば、光学方法の分野において、不透明であることは一般的に２つの相の材料を示し、透明であることは一般的に相溶性の系を示している。混和性を評価する他の方法は、中性子散乱、赤外分光法(IR)、核磁気共鳴(NMR)、X線散乱および回折、蛍光、ブリュアン散乱、溶融滴定法、熱量測定法および化学的発光を含んでいる。例えば、L.Robesonによる「supra」; S.Krauseによる「Chemtracts-Macromol.Chem」(2、367、1991a); D. Vesselyによる「ポリマーブレンドおよび合金」（M.J.FolkesおよびP.S.Hope編集者、Blackie Academic and Professional、グラスゴー(pp.103-125); M.M.Coleman等による「ポリマーブレンドの特定相互作用および混和性」（Technomic Publishing、ランカスター,PA,1991); A. Gartonによる「ポリマーブレンド、複合体、表面の赤外分光法」Hanser、ニューヨーク,1992); L.W. Kelts等による「超高分子」（26、2941、1993);J.L.WhiteおよびP.A.Mirauによる「超高分子」（26、3049、1993）; J.L.WhiteおよびP.A.Mirauによる「超高分子」（27、1648、1994）;C.A. Cruzによる「超高分子」（12,726、1979); C.J.Landryによる「超高分子」（26、35、1993）参照のこと。
【００４２】
また、ポリマーマトリクス内に反応性の官能基を導入することにより、非相溶性のポリマーに相溶性を付与することができる。この場合、このような官能基は、ホログラフィー記録ステップの間フォトアクティブモノマーと反応する可能性がある。それゆえ、フォトアクティブモノマーのいくらかは、記録の間マトリクス上に接合される。もし、これらの接合が十分であれば、記録の間相分離を防止若しくは減少させることが可能である。しかし、接合した部分と、モノマーの部分の反射率が比較的近ければ、多くの接合、例えばマトリクスに接合された３０％以上のモノマーにより、反射率コントラストが好ましくなく低下する傾向にある。
【００４３】
高性能の記録製品を製造するためには、フォトアクティブ材料、好ましくはフォトアクティブモノマーを、ある部分において均一に、ランダムに、若しくは選択的に分散させたマトリクスポリマーを形成する必要がある。一般的に、光学フラットメディアの製造には、例えば、混合物を含むガスケットを使用して、２つのプレート間に、マトリクス前駆物質／フォトイメージ可能な系の混合物を析出することが含まれる。このプレートは、一般的にガラスであるが、しかし、データを書き込むために使用される発光に対して透明の他の材料、例えばポリカーボネート若しくはポリ（メチルメタクリレート）のようなプラスティックを使用することもできる。記録メディアに対して所望の厚さを維持するため、そのプレート間にスペーサーを使用することが可能である。マトリクス硬化の間に、材料内における収縮が、材料にストレスをもたらす可能性がある。このようなストレスは、プレートの平行および/またはスペースに変化を与え、その結果として、メディアの光学的特性に対して悪影響を与える。そのような効果を減少させるために、マウント、例えば、真空チャックを含む装置内にプレートを置くことは有用である。これは、平行及び／又はスペーシングにおける変化に対応して調整されることができる。このような装置では、従来の干渉計による方法を使用することによって、リアルタイムで平行をモニターすることができ、硬化の間必要な調整をすることが可能である。このような方法は、例えば米国特許出願第08/867,563号、特許番号5,932,045において説明されている。これらの明細書の開示内容を、本明細書に引用して援用する。また、本発明の光記録材料は、他の方法でサポートすることもできる。例えば、マトリクス硬化の前に、マトリクス前駆物質/フォトイメージ形成可能な系の混合物を、基板の孔（Vycorのようなナノポーラスガラス材料）内に配置することが考えられる。さらに従来のポリマープロセス、例えば密閉型モールド形成若しくはシート押し出し形成が存在する。階層化されたメディア、すなわち、複数の基板（たとえばガラス）を含み、基板間に配置された光記録材料の層を有するメディアも考えられる。
【００４４】
本発明に係るメディアを、上述されたホログラフィー系において使用することが可能である。ホログラフィーメディア内に保存することができる情報量は、光記録材料の反射率コントラストΔｎと、光記録材料の厚さｄとの積に比例する。反射率コントラストΔｎは従来から知られており、平面波状の体積ホログラムが書き込まれる材料の屈折率におけるシヌソイド変位の大きさとして定義される。屈折率は
ｎ(ｘ)=ｎ０＋ｃｏｓ(Ｋｘ)にしたがって変化する。ここで、ｎ(x)が空間的に変化する屈折率、ｘは位置ベクトル、Ｋは回折格子波動ベクトル、ｎ０はメディアの基準屈折率である。（例えば、P.Hariharanによる「光学ホログラフィー:原則、技術および応用」(ケンブリッジ大学出版社、ケンブリッジ、1991年、44ページ）参照のこと。）一般的に、材料のΔｎは、メディアに記録された単一の体積ホログラム若しくは複数の体積ホログラムの回折効率から計算される。Δｎは書き込む前のメディアと関係し、書き込んだ後に実行される測定によって観測される。
【００４５】
他の光学製品の具体例として、ビームフィルター、ビームスティーラー若しくは偏光器若しくは光学カプラーが含まれる。(例えば、L.SolymarおよびD.Cookeによる「体積ホログラフィーおよび体積回折格子」（Academic Press,315-327(1981)）参照のこと。この開示内容を本明細書に引用して援用する。ビームフィルターは、特定の角度に沿って進む入射レーザー光線の一部をビームの残りの部分から分離する。特に、厚い透過ホログラムのブラッグの選択性は、特定の入射角に沿って光を選択的に屈折させることができ、一方、他の角度の光を偏光させることなく、ホログラムを通過させることができる。(例えば、J.E.Ludman等による「レーザー光線の非常に厚いホログラフィー非空間的フィルタリング」（光学エンジニアリング(36巻)、No.6、1700(1997)）参照のこと。その開示内容は本願に引用して援用する。)ビームスティーラーは、入射光をブラッグ角で偏光するホログラムである。オプティカルカプラは、一般的に、光源からターゲットへと光の方向を変えるビーム偏光器を合わせたものである。通常、ホログラフィー光学要素と呼ばれるこれらの製品は、データ保存に関して前に述べたように、記録メディア内の特定の光学干渉パターンをイメージすることにより製造することができる。これらホログラフィー光学素子用のメディアは、本明細書で説明した記録メディア若しくは導波管用の技術を用いて作製することができる。
【００４６】
上述のように、ここに説明された物質の原則は、ホログラム形成だけでなく導波管のような光伝送装置の形成にも適用可能である。
【００４７】
ポリマー光導波路は、例えば、B.L.Boothによる「光学の相互連結ポリマー」（光波および集積光学のための高分子、技術と応用、編集者L.A.Hornak、マルセル・デッカー社(1992)）;米国特許第5,292,620号;及び米国特許第5,219,710号で説明されている。これらの開示内容は本願に引用して援用する。基本的に、本発明に係る記録材料は、所望の導波パターンに照射され、導波パターンと周辺材料（クラッド材料）間の屈折率コントラストを与える。たとえば、焦光したレーザー光線、または非焦点の光源を用いたマスクを使用することによって露光を行うことができる。一般的に、単一層がこのように露光され、それにより導波管パターンが与えられる。また追加の層を加え、クラッディングを完全なものとし、そのことにより導波管を完全なものとする。このプロセスは、例えば、ブースによる「supra」の235-36頁、および米国特許第5,292,620号の５及び６段落で記載されている。本発明の利点は、従来の成形技術を用いることによって、マトリクス硬化に先立って、マトリクス/フォトイメージ形成可能な系の混合物を様々な形状に成型することができることである。例えば、マトリクス/フォトイメージ形成可能な系の混合物をリッジ導波管に成型することができる。その後、この導波管において、屈折率パターンを、成型された構造に書き込むことができる。それにより、ブラッグの回折格子のような構造を容易に形成することが可能である。本発明のこの特性により、ポリマー導波管の有用な応用分野の幅が増加する。
【００４８】
本発明は、次の実施例によってさらに明確にされるだろう。これは、例示的なものである。
【００４９】
実施例
高性能記録製品を作製するために、ＮＣＯで終端する前駆ポリマーおよびポリオールを、最初に反応させ、未反応部分が残るアクリレートモノマーがその中に存在するマトリクスを形成する。
【００５０】
ＮＣＯで終端する前駆ポリマー及びポリオールの反応は二成分系であるので、ＮＣＯで終端したプレポリマー、アクリレートモノマー、光開始剤および熱安定剤を予め溶解し、均一の溶液を形成する。これは、パシラティオ（Posiratio）２成分の測定、混合、調剤装置の保持タンクの一つに投入する前に行う。この装置はリキッドコントロール社から入手可能である。ポリオール、スズ触媒、他の添加物を予め混合し、他の保管タンクに投入する。その後、それぞれのタンクを脱気し、リキッドコントロール社により概説された手続きに従って、材料をタンクから所望量投薬する。
【００５１】
両タンクから螺旋形のスタティックミキサーへの液体を同時に測定することにより、取り込まれたエアーバブルが存在しない２成分を正確で正しく混合する。
【００５２】
ホログラフィー記録製品を形成するために、十分混合された溶液の所望量を、平行板のうちの一方に保持された底部基板の内部表面上に分散される。その後、1999年8月3日に発行された米国特許第5,932,045号に記述された手順にしたがって、他方の平行板に保持された上部基板を、この溶液と接触するよう下方へ移動させ、底部板から所定の距離に離間して保持する。ここで開示されたものを本願に引用して援用する。確実に光学フラット製品が生産されるように、混合物が固体化されるまで、全構成体が保持される。
【００５３】
しかしながら、可溶性でない光開始剤に対して、イソシアネートと光開始剤とを溶媒に混合し、その後真空下でこの溶媒を取り除き、溶解を容易にしてもよい。別の実施の形態では、もし調剤の他の成分が添加されていなければ、光開始剤/イソシアネート混合物を加熱してもよい。デジタルデータを記録するための高品質製品を製造するため、分散装置および光学フラットを用いてもよい。しかし、以下に記述されているような平面波データは必要ではない。本発明者らは、濃度を調節するためにガラスのスライド間に調剤を添加し、膜厚を調整するためスペーサーを使用した。
【００５４】
高性能ホログラフィー記録製品の特徴は、収縮が少なく、ダイナミックレンジ、および感度が低いことである。収縮が少ないことにより、記録されたホログラムが劣化することがなく、ホログラフィーデータの全忠実度を確保することができる。０．２％以下の範囲の低収縮率が必要とされる。ホログラフィー記録メディアのダイナミックレンジは、一般的に、Ｍ／♯なるパラメータにより特徴付けられる。これは、所定の平均回折効率を有するホログラムのどれだけが、通常のボリュームの中に記録することができるかを測定したものである。このＭ／♯は、屈折率コントラストおよびメディアの厚みの両方により決定される。Ｍ／♯の一般的な値は１．５以上である。
【００５５】
光感度は、メディアのダイナミックレンジを消費するため必要な全露光時間により特徴付けられる。この感度は、記録メディアの全Ｍ／♯の８０％に到達するのに必要な累積露光時間により測定される。材料の感度がより高くなれば、全Ｍ／♯の８０％に到達するのに必要な累積露光時間はより短くなる。この感度は、５〜６００秒の範囲にすることができる。材料の感光度がより高くなれば、メディアのダイナミックレンジに必要とされる露光時間はより短くなる。
【００５６】
記録することに起因する収縮、Ｍ／♯／２００μｍ、および感度の測定の詳細は、アプライドフィジックレター（73巻、10号、p1337-1339、1998年9月7日）において詳細に記載されている。この開示内容を本明細書に引用して援用する。一連の平面波ホログラムを記録メディアの中に角多重化することにより、これらの測定を行う。多重ホログラムの記録と再生のため使用されるレーザは空間的にフィルターされ、レンズにより集光され、そのことにより平面波の光源となる。その後、この光は、ビームスプリッターと半波長平板で偏光させることにより２つのビームに分割し、外角４４°でサンプルにおいて交差する。各ビームのパワーは、２ｍＷであり、スポット径は４ｍｍであった。各ホログラムは、所定の露光時間で記録される。記録後、材料は１０分間暗室に置かれ、その後４２０ｎｍ以上の波長を透過するようフィルターされたキセノンランプでフラッド硬化させた。
【００５７】
収縮、ダイナミックレンジ（Ｍ／♯／２００μｍ）及び感度を測定した。メディアのこれらのパラメータを特徴付けるために使用される試験的なシステムは、アプライドフィジックレター(73巻、10号、p.1337-1339、1999年9月7日)、およびオプティックレター(24巻、7号、p.487、1999年4月1日)に記載されている。これらの内容は、本明細書に引用して援用する。特に、その測定は以下のとおりである。
【００５８】
発熱の開始、すなわち、ディッシュの上に分散された材料の温度の上昇が始まるとき（これは反応の開始を示す）が、ディッシュ上に分散された材料内に挿入された熱電対または温度計によって測定された。発熱ピークは、熱電対または温度計の温度がピークに達する時間をモニターすることにより記録された。
【００５９】
ソフトゲル状態は、ディッシュ上に分散された材料を指で押えることによって調べた。ソフトゲル状態は、ディッシュ上に分散された材料の表面が、粘着性を有せず、ディッシュが垂直に傾いたときに材料が流れないが、指で押すことによって変形することができる状態である。
【００６０】
製造の完成度、即ち固体化も、ディッシュ上に分散された材料を指で押えることにより決定した。固体化が起きると、ディッシュ上に分散した材料を指で押さえて変形することができない。
【００６１】
収縮(主としてメディアの層内で発生している)は、角多重化ホログラムのブラッグ離調(読み取り角度のシフト)を測定することにより決定される。材料の物理的収縮とブラッグ離調の定量的関係は、上記の文献（アプライドフィジックレター(73巻、10号、p.1337-1339、1998年9月7日））の中に詳細に記載されている。
【００６２】
ダイナミックレンジ（Ｍ／♯）は、多重化ホログラムの回折効率の平方根の合計であると定義される。このＭ／♯は、ある露光時間で、一連のホログラムを多重化することにより測定する。この露光時間は、メディアの領域内でフォトアクティブ材料の全てを消費するために設定された時間である。Ｍ／♯は、メディアの膜厚に依存するため、実施例の中に挙げた量は２００μｍの膜厚の場合に換算している。
【００６３】
ホログラフィー記録メディアの感度は、反射率コントラスト（Δｎ）と同様、メディアの応答時間に関連する。この反射率コントラスト（Δｎ）は、所定のダイナミックレンジ（Ｍ／♯）を達成するため必要とされる。応答時間Ｔ８０は、メディアのダイナミックレンジ(Ｍ／♯)の８０％を消費するために必要とされる時間として定義される。メディアの反射率コントラスト（Δｎ）は、ダイナミックレンジに比例し、次の式で与えられる。
Δｎ＝（Ｍ／♯）／（πｄ）λcos(θ)
ここで、πは3.1428571、ｄはメディアの膜厚、θは交差するビームの１／２角、そしてλはレーザ波長である。そして、感度（Ｓ）は、以下のように定義される。
Ｓ＝Δｎ／（ｔ８０×メディアにおけるレーザのパワー密度）
【００６４】
サンプルは膜厚を変化させることができ、構成体の特徴は、交差する角度、波長、およびレーザパワー密度において変化するので、上記式により、比較のために使用する感度値（Ｓ）を容易に計算することができる。
【００６５】
実施例と比較例
以下の実施例において、ポリオールとイソシアネートとを化学量論比率で調剤したメディアのホログラフィー性能は、比較例１〜３の中に記載している。化学量論的でない比率のホログラフィー性能は実施例１および３に記載している。
【００６６】
比較例1
【表１】
2005502918.tif 000005
１) Baytech WE-180(Bayer社から入手可能)は、ビスシクロヘキシルメタンジイソシアネートとＮＣＯで終端される前駆ポリマーとを５０/５０で混合したものである。この前駆ポリマーは、ビスシクロヘキシルメタンジイソシアネートとポリテトラメチレングリコールに基づく。
２)ポリプロピレンオキサイドトリオールの分子量は1000である。
【００６７】
比較例１は以下の特性を示す。即ち、一般的な化学量論的な比率のウレタンマトリクスおよびトリブロモフェニルアクリレート（２つの化学混合物における書き込み用モノマーとして）から、ダイナミックレンジ、収縮、および感度の特性を得ることができる。
【００６８】
比較例２
【表２】
2005502918.tif 000006
Mondur MLはBayer社から入手可能な液体のジフェニルメタンジイソシアネートである。
ポリプロピレンオキサイドトリオールの分子量は1000である。
【００６９】
比較例２のは以下の特性を示す。即ち、一般的な化学量論比率の芳香ウレタンマトリクスとトリブロモフェニルアクリレート（２つの化学混合物における書き込み用モノマーとして）からダイナミックレンジ、収縮、感度の特性を得ることができる。
【００７０】
比較例３
【表３】
2005502918.tif 000007
Mondur TDはBayer社から利用可能なトルエンジイソシアネート(ＴＤＩ)である。
ポリプロピレンオキサイドトリオールの分子量は1000である。
【００７１】
比較例２は以下の特性を示す。即ち、一般的な化学量論比率の芳香ウレタンマトリクスとペンタブロモフェニルアクリレート、より高い反射率の化合物、（２つの化学混合物内の書き込みモノマーとして）からダイナミックレンジ、収縮および感度の特性を得ることができる。
【００７２】
比較例４
【表４】
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ポリプロピレンオキサイドトリオールの分子量は1000である。
【００７３】
比較例４は、化合物中におけるPolyFoxTM Tの重量パーセントより低い場合、適合していないことを示す。ＯＨに対して化学量論の量のＮＣＯが用いられた時、Poly FOXTM Tおよびマトリクスの他の成分間で非混和性を有する。それにより、製品の光学特性は低くなる。ホログラムに書き込むことができない可能性がある。
【００７４】
実施例１
【表５】
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ポリプロピレンオキサイドトリオールの分子量は1000である。
【００７５】
実施例１は、
(1) そのマトリクスに対するフッ素部分の非混合性から、高水準のフッ素部分を有し、不明瞭さ若しくは不透明さとは対照的に、予定外の高レベルの光学明瞭さを示すことが予測することができ、(２)比較例のダイナミックレンジを超える、実施例１のダイナミックレンジが、４５〜９０％の範囲にあった。また、(3)ＮＣＯの非化学量論比率により、セルフシール特性を与える、ということを示している。
【００７６】
実施例２
【表６】
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ポリプロピレンオキサイドトリオールの分子量は、1500である。
【００７７】
実施例２は、ＯＨに対して非化学量論的なＮＣＯの場合を示す。しかし、PolyFoXTM Tがなければ、フッ素で処理されたポリオールはセルフシール、環境に対するプロテクションを与えるだろう。
【００７８】
非化学量論の混合物のセルフシール特性の説明
非化学量論の場合のメディアのセルフシールの特性を示すため、比較例１-４および実施例１および２に記載された調剤を用いて、上記の光学フラットメディアを作製する。この調剤は、参照光学フラットに対して順応性を有する基板間に分散させる。この基板を、所望の間隔で離間して配置してもよい(この場合、７５０μｍの膜厚のポリマーを有するメディアとすることができる)。ここで、マトリクスを硬化することできた。
【００７９】
次に、Zygo透過光学干渉計を使用して、結果物としての光学製品の光学透過特性を測定した。光学製品を９５％のＲＨ環境下におき、それらの光学透過特性を時間を関数としてモニターした（図１および２参照）。
【００８０】
図１および２は、フラットディスク形状の製品であって、ガラス（図１）およびポメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（図２）の両方の基板により作製した製品の結果を示している。これらは、約７６．２ｍｍの直径および７５０μｍの膜厚を有する。比較例２は化学量論比率のＮＣＯとＯＨを用いて作製された。したがって、ポリ尿素結合が、メディアの外周部に形成されず、透過インターフェログラムは、光学平坦度が、９５％ＲＨ環境下において、１１日半保持されることを示している。干渉リングがエッジから内側に移動していることに注意が必要である。干渉リングは、メディアの光学フラットが歪むことによる。試料に水を浸透させることは、材料を増大させるか、またはメディアの屈折率を不均一とする。
【００８１】
実施例に係る製品は、１．１ｍｍの膜厚を有する７６．２平方ミリメートルのガラス基板である。これは、基板間に挟まれた０．７５ｍｍの膜厚のポリマー層を有する。この製品を９５％ＲＨチャンバー内に配置する。平坦度を時間にわたってモニターした。全体の外部非平坦リング（干渉リング）は、比較例２の平坦度となった。これは、その大きさが増加するにしたがって、センターに近づくことが示されている。実施例１の製品は、大きさがより大きくなるに従って、外部リングにおける動きがより小さくなる。
【００８２】
干渉リングが端部から移動する距離が、メディアが湾曲した端部からの距離を示している。実施例１のような非化学量論比率の場合、実施例１にあるように使用された場合において、この透過インターフェログラムは、これらのリングに対してバリアーとなるものが存在すること、すなわち、もし取り除かれなければ、リングが発生することが減少することを示している。同様に、図２は、実施例２の場合のような非化学量論的比率を用いて作製された製品におけるバリアーリングを示している。
【００８３】
実施例の製品は、１．０ｍｍの膜厚、７６．２平方ミリメートルの面積を有するＰＭＭＡである。基板間に挟まれたポリマー層は０．７５ｍｍの膜厚を有する。この製品を９５％のＲＨチャンバーに配置した。平坦度を時間に対してモニターした。ＰＭＭＡ基板は、長時間、全平面に亘って平坦である。外部の非平面リング(干渉リング)は、比較例２の平坦度となる。これは、その大きさおよび単一性が増加しながら、中心に近づくことが示されている。実施例１の製品は、その大きさが小さくなるに従って、外部リングにおいて動きがより少なくなることを示している。実施例３は、時間にわたって、非フラット外部リングにおいてほとんどモーションを示さない。
【００８４】
図は、２つの基板間にポリマー層を挟むことにより製造された一連のメディアの光学透過インターフェログラムを示す。このインターフェログラムは、メディアの相対的光学透過平坦度を示している。透過平坦度は、物理的平坦度と、メディアの反射率の均一性の両方により決定される。フリンジ（即ち、ストリップ状もしくはリング状のパターン）は、透過平坦度において、非均一性を示している。円状の端部から内側に移動するフリンジが存在することは、サンプル中に水が侵入したことを示し、また、そのフリンジが存在しないことは、水分の侵入を阻害していることを示す。これらの重要な特性は、図面の中に示されている。
【００８５】
ポリ尿素の形成により、耐湿性を改善するという結論は、過剰のＮＣＯ、及びメディアの物理的変化に関連する。この過剰のＮＣＯは、高い湿度の環境下において、湿気と反応する。ＮＣＯおよび湿度からポリ尿素の化学種および形成に関しては、確立されてきた。ポリ尿素は、ポリウレタンマトリクスより高いガラス転移温度を有する。そして、耐湿性は、ガラス温度の関数である。即ち、ガラス転移温度がより高くなれば、耐湿性は良好となる。
【００８６】
上記の記載は、当業者が本発明品を作製し利用することができるようになされており、特定の応用、およびその必要性と関連して与えられている。好ましい実施の形態に対して様々な変形を行うことは、当業者であれば容易であり、本明細書で定義されている一般原則は、本発明の精神および技術範囲から離れることなく、他の実施の形態、応用に適用することができる。本発明は、開示された実施の形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原則および特徴と矛盾しない最も広い技術範囲と一致するものである。
【００８７】
この出願において、いくつかの数値限定を開示している。当業者であれば、この発明が、本明細書の中で正確な範囲限定が全く同一の言葉で述べられていない場合であっても、開示されたこの数値範囲が、開示された数値範囲内に含まれるすべての範囲を実質的にサポートしていることが理解されるだろう。これは、開示された数値範囲により実施することができるためである。
【００８８】
この所有財産は「基礎の上に業績を形成せしめる」ものであり、記載された説明の中の必要条件により、手続きの間に狭められるかもしれないクレームを削除することができる。これは、出願人が、この出願で広く開示しており、その後手続きの間にそれらのクレームを狭めてもよいからである。最後に、本出願の中で参照された特許と刊行物の全開示内容を、本明細書に引用して援用する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】比較例１および２、と具体例１の光学フラットメディアを介した光学透過を示す。
【図２】比較例１と、具体例１および２の光学フラットメディアを介した光学透過を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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