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JP4821068B2 - Photosensitive composition for volume hologram recording and photosensitive medium for volume hologram recording - Google Patents
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JP4821068B2 - Photosensitive composition for volume hologram recording and photosensitive medium for volume hologram recording - Google Patents

Photosensitive composition for volume hologram recording and photosensitive medium for volume hologram recording Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は体積型ホログラムを記録できる新規感光性組成物、それを用いた体積型ホログラム記録媒体、及び、当該記録媒体を用いて作製した体積型ホログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
体積型ホログラムを製造するための感光性組成物としては、デュポン社のオムニデックスシリーズが唯一量産レベルで市販されている。この材料はラジカル重合モノマーとバインダーポリマー、光ラジカル重合開始剤、増感色素を主成分とするが、ラジカル重合モノマーとバインダーポリマーの屈折率差を利用したものである。すなわち、フィルム状に形成された該感光性組成物を干渉露光すると、光が強い部分にてラジカル重合が開始され、それに伴いラジカル重合モノマーの濃度勾配ができ、光が弱い部分から強い部分にラジカル重合モノマーの拡散移動が起こる。結果として干渉光の光の強弱に応じて、ラジカル重合モノマーの疎密ができ、屈折率の差として現れる。この材料系は現状報告されている体積型ホログラム用フォトポリマーとしては最も性能は良いが、耐熱性、透明性に問題が指摘されている。
【0003】
また、ラジカル重合とカチオン重合を併用した材料系が報告されている。例えば特許第2873126号では、高屈折率ラジカル重合性モノマーとしてジアリルフルオレン骨格を有するモノマー及び該ラジカル重合性モノマーより屈折率が小さいカチオン重合性モノマーを使用した系が開示されている。この系では、ホログラム露光時にラジカル重合により高屈折率成分が重合し、次いで定着露光でカチオン重合により像を固定する。
【0004】
また、カチオン重合を利用した材料系が、例えばUSP5759721等に開示されている。この材料系ではラジカル重合系における酸素阻害がないという利点があるが、カチオン重合の感度(Photospeed)は悪く、また、長波長領域に感度を持たせることが困難という問題がある。
【0005】
また、特許第2953200号には、無機物質ネットワークと光重合性モノマーを併用した材料系が開示されている。ネットワークを形成し得る無機材料をバインダーとして用いる場合には、耐熱性、対環境性、機械強度に優れると共に、光重合性の有機モノマーとの屈折率差を大きく取れるという利点があるが、この材料系で形成したホログラム記録膜はどちらかと言えば脆くて、柔軟性や加工適性、コーティング適性に劣るという問題、及び、無機バインダーと有機モノマーの相溶性が良くないので、均一な塗工材料を調製するのが困難だという問題がある。
【0006】
また、特表2000−508783号では、固体マトリックスに金属超微粒子を分散した材料がホログラム記録材料として開示されているが、マトリックスに流動性を持たせる必要があり、固形性が悪く問題があった。
【0007】
また、高屈折率の芳香環含有バインダーポリマーと低屈折率のフッ素含有モノマーを組み合わせ使用した公知例としては、特に、特開平5−210343、特開平5−210344、特開平5−257416がある。しかし、この組み合わせでは、重合反応性が十分でないために干渉露光時の感度があまり高くない。フッ素含有モノマーの重合性を上げるために多官能のアクリレートを添加することも記載されているが、この方法はフッ素含有モノマーが元来有している低屈折率性を損なうものである。さらに、この組み合わせにおいては、フッ素含有モノマーの重合体が高い割合で存在する強露光部は機械的に脆く、また、芳香環含有バインダーポリマーを用いているために黄変を生じ易いなどの問題がある。
【0008】
また、フッ素含有アクリル系モノマーとフッ素を含有しないアクリル系モノマーからなる低屈折率のバインダーポリマーと、高屈折率の芳香環含有モノマーを組み合わせ使用した公知例としては、特開平6−67588がある。しかし、この例においても、フッ素含有アクリル系モノマーの低屈折率性がフッ素を含有しないアクリル系モノマーとの共重合によって損なわれ、さらに、芳香環含有モノマーの芳香環により黄変を生じ易いという問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
体積型ホログラムの性能を示す指標として、屈折率変調量(Δn)がある。この値はKogelnikの結合波理論により計算される。前述の通り、様々な体積型ホログラム記録材料が知られているが、いずれもそのホログラム性能を示す屈折率変調量(Δn)は最大で0.06程度であり、新規の光学素子等に応用する際に、更にΔnの向上が要望されている。
【0010】
また、光学素子等の広範な分野への応用を視野に入れると、屈折率差、感度、透明性などのホログラム記録性能だけでなく、膜強度や耐熱性などの物理的性質を含む諸性能を十分に満たす材料系が要望されている。
【0011】
本発明は上記実状を考慮して成し遂げられたものであり、その第一の目的は、従来よりも屈折率変調量(Δn)の大きい体積型ホログラム記録材料、体積型ホログラム記録媒体、及び、体積ホログラムを得ることにある。
【0012】
また、本発明の第二の目的は、屈折率差、感度、透明性などのホログラム記録性能だけでなく、膜強度や耐熱性などの物理的性質にも優れた体積型ホログラム記録材料、体積型ホログラム記録媒体、及び、体積ホログラムを得ることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明により提供される体積型ホログラム記録用感光性組成物は、脂環式構造を有するバインダーポリマー、光重合性基を2以上有するフッ素含有重合性化合物、及び、光重合開始剤を含有し、前記バインダーポリマーと前記フッ素含有重合性化合物とは相互に共有結合可能な官能基を有することを特徴としている。
【0014】
また、本発明により提供される体積型ホログラム記録用感光性媒体は、上記の体積型ホログラム記録用感光性組成物の皮膜を基材上に設けたことを特徴としている。
【0015】
脂環式構造を有するバインダーポリマーは概して屈折率が大きく、且つ、一方のフッ素含有重合性化合物の重合体は概して屈折率が非常に小さい。従って、この両者の組み合わせたホログラム記録用感光性組成物を干渉露光すると、屈折率差を大きくとることができる。本発明においては、一分子中に2以上の光重合性基を有するフッ素含有重合性化合物を用いるので、干渉露光時の反応性が良い。従って、感度が良く、且つ、屈折率変調量が大きい体積型ホログラム記録用感光性組成物及び体積型ホログラム記録用感光性媒体が得られる。
【0016】
また、バインダーポリマーとしての脂環式構造を有するポリマーは光や熱による劣化、例えば黄変を起こし難いので、透明性に優れている。
【0017】
さらに本発明においては、脂環式バインダーポリマーと屈折率変調成分としてのフッ素含有重合性化合物の間に共有結合を形成し得るので、ホログラム層の膜強度や耐熱性を向上させることができる。
【0018】
フッ素含有重合性化合物としては、フッ素含有モノマーとしての1,4−ビス(2'、3'−エポキシプロピル)パーフルオロ−n−ブタンが好ましく用いられる。この化合物は、バインダーポリマーとの相溶性に優れ、体積型ホログラム記録用感光性組成物中に高い割合で配合することができるので、特に屈折率変調作用の大きいホログラム記録材料が得られる。
【0019】
さらに、干渉露光時に脂環式バインダーポリマーの官能基がフッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合可能な場合には、強露光部においてフッ素含有重合性化合物はバインダーポリマーとも重合して反応性が増大するので、屈折率変調量、感度をさらに向上させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明により提供される体積型ホログラム記録用感光性組成物は、脂環式構造を有するバインダーポリマー、光重合性基を2以上有するフッ素含有重合性化合物、及び、光重合開始剤を含有し、前記バインダーポリマーと前記フッ素含有重合性化合物とは相互に共有結合可能な官能基を有することを特徴とするものである。
【0021】
Kogelnikの理論より計算されるΔnは感材中に入射した干渉光に応じて形成される屈折率分布における屈折率差を示すものであるが、このΔnが大きい程、優れたホログラムとなる。本発明においては、脂環式構造を有するバインダーポリマーと、屈折率変調成分としてのフッ素含有重合性化合物を組み合わせて用いるが、脂環式構造を有するバインダーポリマーは概して屈折率が大きく、且つ、一方のフッ素含有重合性化合物の重合体は概して屈折率が非常に小さい。
【0022】
従って、この両者の組み合わせたホログラム記録用感光性組成物を干渉露光すると、弱露光部では脂環式バインダーポリマーに富み屈折率が大きくなり、強露光部はフッ素含有重合性化合物又はその重合体に富み屈折率が非常に小さくなり、屈折率差を大きくすることができる。
【0023】
本発明においては、バインダーポリマーとして、脂環式構造の部分と、フッ素含有重合性化合物の官能基と反応して共有結合を形成し得る官能基とを有するポリマーを用いる。
【0024】
本発明において用いられるバインダーポリマーは脂環式構造の部分を有している。ホログラム記録材料の高屈折率型バインダーポリマーとしては芳香環構造を有するバインダーポリマーが従来知られているが、芳香環構造を有するバインダーポリマーは光や加熱によって黄変を起こし易く、透明性が十分でない。これに対して、分子中に脂環式構造を持つポリマーは概して屈折率が大きく、例えば屈折率が1.55以上のものを用いることも可能であり、且つ、黄変を生じ難く透明性に優れているので、高屈折率型バインダーポリマーとして適している。
【0025】
バインダーポリマーの脂環式構造としては、例えば、シクロヘキシル等のシクロアルキル基やシクロへキシレン等のシクロアルキレン基などが該当する。これらの脂環式構造は分子中のいかなる部分に存在していても高屈折率をもたらすことができ、例えば、主鎖連結中にシクロアルキレン基として、側鎖中にシクロアルキル基又はシクロアルキレン基として、或いは、主鎖にペンダント状にぶら下がるシクロアルキル基として導入されていてもよい。
【0026】
また、本発明において用いられるバインダーポリマーは、フッ素含有重合性化合物の官能基と反応して共有結合を形成し得る官能基を有している。本発明において屈折率変調成分として用いられるフッ素含有重合性化合物の重合体は機械的に脆いので、ホログラム層の膜強度や耐熱性を損なう原因となる。これに対して、フッ素含有重合性化合物と共有結合を形成し得るバインダーポリマーと屈折率変調成分としての当該フッ素含有重合性化合物とを組み合わせて用い、干渉露光を行った後、未反応のフッ素含有重合性化合物やフッ素含有重合性化合物の重合体を所定の反応形式によってバインダーポリマーと共有結合させることにより、フッ素含有重合性化合物とバインダーポリマーの間に安定な結合が生じ、膜強度や耐熱性に優れたホログラム層が得られる。
【0027】
上記バインダーポリマーには、フッ素含有重合性化合物の光重合性基と共重合可能な官能基を導入することができる。また、フッ素含有重合性化合物にバインダーポリマーと共有結合させるための官能基を、干渉露光のための光重合性基とは別に導入すると共に、バインダーポリマーには、フッ素含有重合性化合物に光重合性基とは別に導入された官能基と共有結合可能な官能基を導入しても良く、その場合には、バインダーポリマーの官能基と、フッ素含有重合性化合物の官能基の組み合わせを任意に選択することができる。
【0028】
このような要件を満たすバインダーポリマーとしては、フッ素含有重合性化合物がいかなる共有結合性官能基を有するかにもよるが、ヒドロキシル基やエポキシ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基等を共有結合により導入されたシクロヘキシル系樹脂(例えば、EHPE−3150(ダイセル化学工業製)やST−1000(東都化成製))、脂環式イミド系樹脂等を例示することができる。
【0029】
バインダーポリマーには、上記の共有結合性官能基として、フッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合又は熱重合可能な官能基を導入するのが好ましい。フォトポリマー型のホログラム記録材料層は、干渉露光の工程後、屈折率変調を促進し或いは重合反応を完結させるために全面均一の露光又は加熱をしばしば施される。バインダーポリマーの官能基がフッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合又は熱重合可能な場合には、このような全面均一の露光又は加熱の後処理によってバインダーポリマーとフッ素含有重合性化合物間の共有結合も完了させることができる。
【0030】
特に好ましくは、バインダーポリマーには、フッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合可能な官能基を導入する。例えば、フッ素含有重合性化合物が光重合性基として付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有する場合は、バインダーポリマーにも同様にアクリロイル基やメタクリロイル基などの付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有するものを使用する。また、フッ素含有重合性化合物がエポキシ基等の光カチオン重合性基を有する場合は、バインダーポリマーには干渉露光時に光カチオン重合性基と重合可能な官能基を有するものを使用する。干渉露光時に光カチオン重合性基と重合可能な官能基には、エポキシ基やビニルエーテル基等の光カチオン重合性基それ自体の他に、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基等の官能基が含まれる。
【0031】
上記した特に好ましい組み合わせとする場合は、ホログラム記録材料層を干渉露光する時に強露光部においてフッ素含有重合性化合物は、隣接する他のフッ素含有重合性化合物と重合するだけでなく、周囲のバインダーポリマーとも重合するので、反応性が大きくなって干渉露光の感度及び屈折率差が向上する。この場合も、干渉露光後は一般的な全面均一の露光又は加熱を行うことによって、屈折率変調を促進し或いは重合反応を完結させてホログラムを形成すると共に、バインダーポリマーとフッ素含有重合性化合物の共有結合をさらに進行させて優れた膜強度と耐熱性をホログラム記録材料層にもたらす。
【0032】
本発明においては上記要件を満たす必須バインダーポリマーと共に、必要に応じて他の樹脂を補助的なバインダーポリマーとして混合使用してもよい。
【0033】
干渉露光により生じた屈折率変調を促進し或いは記録されたホログラムを安定化させる工程として加熱により重合性成分を移動させる工程等があるが、そのためにはこれらのマトリックスポリマーは、完全硬化する前において好ましくはガラス転移温度が比較的低く、モノマー移動を容易にするものであることが必要である。具体的には、ガラス転移温度が180℃以下であることが好ましい。
【0034】
本発明においては、干渉露光の強露光部において屈折率を変調させて干渉縞を形成するための成分(屈折率変調成分)として、光重合性基を2以上有し、且つ、上記脂環式バインダーポリマーの官能基と反応して共有結合を形成し得る官能基を有するフッ素含有重合性化合物を用いる。
【0035】
フッ素含有重合性化合物は分子構造中にフッ素原子を有しており、概して屈折率が非常に小さいので低屈折率型の屈折率変調成分として適している。また、本発明において用いられるフッ素含有重合性化合物は、光重合性基を2以上有しているので干渉露光時の重合反応性が大きく、優れた感度及び屈折率変調作用が得られる。従って、光重合性基を2以上有するフッ素含有重合性化合物と脂環式構造を有するバインダーポリマーとを組み合わせ用いることにより、大きな屈折率差が得られる。
【0036】
また、本発明において用いられるフッ素含有重合性化合物は、バインダーポリマーの官能基と反応して共有結合を形成し得る官能基を有している。上述したように、互いに共有結合可能なバインダーポリマーとフッ素含有重合性化合物とを組み合わせて用い、干渉露光を行った後、未反応のフッ素含有重合性化合物やフッ素含有重合性化合物の重合体を所定の反応形式によってバインダーポリマーと共有結合させることにより、フッ素含有重合性化合物とバインダーポリマーの間に安定な結合が生じ、膜強度や耐熱性に優れたホログラム層が得られるようになる。
【0037】
さらに、フッ素含有重合性化合物の光重合性基が、バインダーポリマーの官能基と反応して共有結合を形成し得る官能基としても機能する場合には、上述したように、干渉露光の強露光部において、フッ素含有重合性化合物は隣接する他のフッ素含有重合性化合物と重合するだけでなく、周囲のバインダーポリマーとも重合するので、反応性が大きくなって干渉露光の感度及び屈折率差が向上するという効果が得られる。
【0038】
光重合性基を2以上有するフッ素含有重合性化合物としては、アクリロイル基やメタクリロイル基などの付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有するモノマーや、ビニルエーテル基やエポキシ基などのカチオン重合性基を有するモノマーを使用することができる。
【0039】
フッ素含有重合性化合物としては、フッ素含有モノマーのオリゴマーやポリマーを使用することも可能であるが、干渉露光時には屈折率変調成分の分子量が小さいほどホログラム記録材料層中で容易に強露光部へ移動すると考えられることから、フッ素含有モノマーの方が好ましい。
【0040】
付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有するフッ素含有重合性化合物は、干渉露光時にラジカル重合により屈折率変調を生じると共に、同様のラジカル重合性基を有するバインダーポリマーとも重合して安定な共有結合を形成し得る。また、カチオン重合性基を有するフッ素含有重合性化合物は、干渉露光時に光カチオン重合により屈折率変調を生じると共に、エポキシ基、ビニルエーテル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等を有するバインダーポリマーとも重合して安定な共有結合を形成し得る。
【0041】
フッ素含有重合性化合物の具体例としては、フッ素含有モノマーとしての1,4−ビス(2'、3'−エポキシプロピル)パーフルオロ−n−ブタン(ダイキン工業製)を挙げることができる。この例示化合物は、バインダーポリマーとの相溶性に優れ、本発明に係る体積型ホログラム記録用感光性組成物中に高い割合で配合することができるので、特に屈折率変調作用の大きいホログラム記録材料が得られる。
【0042】
光重合開始剤は、フッ素含有重合性化合物の干渉露光による重合を開始又は促進するために用いられ、重合反応の形式に合わせて、光ラジカル重合開始剤や光カチオン重合開始剤などの中から適宜選択して用いる。
【0043】
光ラジカル重合開始剤としては1,3−ジ(t−ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラキス(t−ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノン、N−フェニルグリシン、2,4,6−トリス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、3−フェニル−5−イソオキサゾロン、2−メルカプトベンズイミダゾール、また、イミダゾール二量体類等を例示することができる。
【0044】
光カチオン重合開始剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、芳香族ホスホニウム塩、混合配位子金属塩、例えば、(η6−ベンゼン)(η5−シクロペンタジエニル)鉄(II)、シラノール−アルミニウム錯体等を例示することができる。
【0045】
光重合開始剤は、記録されたホログラムの安定化の観点から、ホログラム記録後に分解処理されるのが好ましい。例えば有機過酸化物系にあっては紫外線照射することにより開始剤が容易に分解されるので好ましい。
【0046】
ホログラムの記録には可視レーザー光、例えば、アルゴンイオンレーザー(458nm、488nm、514.5nm)、クリプトンイオンレーザー(647.1nm)、YAGレーザー(532nm)等からのレーザー光が使用されるが、各レーザー光波長における感度を向上させる目的として、増感色素を添加することができる。
【0047】
増感色素としては、チオピリリウム塩系色素、メロシアニン系色素、キノリン系色素、スチリルキノリン系色素、ケトクマリン系色素、チオキサンテン系色素、キサンテン系色素、オキソノール系色素、シアニン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム塩系色素等が例示される。可視光領域に吸収波長を有する増感色素は、光学素子のような高透明性が要求される場合には、ホログラム記録後の後工程において、加熱や紫外線照射により分解等の変化を生じて無色になるものが好ましい。
【0048】
フッ素含有重合性化合物は、バインダーポリマー100重量部に対して10〜1000重量部、好ましくは10〜100重量部の割合で使用される。
【0049】
光重合開始剤は、バインダーポリマー100重量部に対して1〜10重量部、好ましくは5〜10重量部の割合で使用される。
【0050】
増感色素は、バインダーポリマー100重量部に対して0.01〜1重量部、好ましくは0.01〜0.5重量部の割合で使用される。
【0051】
上記したような各材料を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロルベンゼン、テトラヒドロフラン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、酢酸エチル、1,4−ジオキサン、1,2−ジクロロエタン、ジクロルメタン、クロロホルム、メタノール、エタノール、イソプロパノール等、またはそれらの混合溶剤に溶解することにより、本発明に係る体積型ホログラム記録用感光性組成物としての塗布液を調製することができる。ただし、フッ素含有重合性化合物が常温で液状の場合には、塗工溶剤の使用量を減らすことができ、塗工溶剤が全く必要ない場合もある。
【0052】
上記塗布液を、スピンコーター、グラビアコーター、コンマコーター、バーコーター等の方法により適切な基材フィルムに塗布し、乾燥させることによってホログラム記録材料層が形成され、体積型ホログラム記録用感光性媒体が得られる。体積型ホログラム記録材料層の厚みは1〜100μm、好ましくは10〜40μmとするのが良い。
【0053】
体積型ホログラム記録用感光性媒体の基材フィルムとしては、透明性を有するものであり、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリフッ化エチレン系フィルム、ポリフッ化ビニリデンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、エチレン−ビニルアルコールフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリアミドフィルム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム等のポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム等の樹脂が例示され、膜厚としては2〜200μm、好ましくは10〜50μmである。
【0054】
また、乾燥後の体積型ホログラム記録材料層に粘着性がある場合、保護フィルムとして、上記基材フィルムで例示されているフィルムをラミネートすることができる。この場合、ラミネートフィルムの体積型ホログラム記録材料層との接触面は、後から剥がしやすいように離型処理されていても良い。
【0055】
こうして得られた体積型ホログラム記録用感光性媒体は基材フィルム上にホログラム記録材料層を設けたものであり、当該ホログラム記録材料層は、脂環式構造を有するバインダーポリマー、光重合性基を2以上有するフッ素含有重合性化合物、及び、光重合開始剤を含有してなるものである。
【0056】
本発明に係る体積型ホログラム記録用感光性媒体には、従来から知られている方法により干渉露光を行って体積型ホログラムを形成することが出来る。
【0057】
例えば、体積型ホログラム記録用感光性媒体のホログラム記録材料層にホログラム原版を向き合わせて密着させ、透明基材フィルム側から可視光、或いは紫外線や電子線のような電離放射線を用いて干渉露光を行うことにより体積型ホログラムが形成される。
【0058】
また、干渉露光による屈折率変調を促進し或いは重合反応を完結させるために、干渉露光後に紫外線による全面露光や加熱等の処理を適宜行うことができる。
【0059】
本発明における体積型ホログラム記録用感光性組成物の体積型ホログラム記録メカニズムは、従来から言われているメカニズムと同様であると考えられる。すなわち、フィルム状に形成された該感光性組成物を干渉露光すると、光が強い部分にて光重合が開始され、それに伴い光重合性化合物の濃度勾配ができ、光が弱い部分から強い部分に光重合性化合物の拡散移動が起こる。結果として干渉光の光の強弱に応じて、光重合性化合物の疎密ができ、屈折率の差として現れる。この屈折率差が干渉縞となり、体積型ホログラムが形成される。
【0060】
このようにして本発明に係る体積型ホログラム記録用感光性媒体のホログラム記録材料層は干渉露光により干渉縞を生じてホログラム層となり、体積型ホログラムが得られる。
【0061】
また、上述したところから明らかなように、本発明における体積型ホログラム記録用感光性媒体のホログラム記録材料層は、ホログラム形成工程のいずれかの時点、通常は干渉露光後の後処理において、バインダーポリマーの分子とフッ素含有重合性化合物又はその重合体の間に共有結合を生じるものであり、さらに好ましくは後処理工程の時だけでなく、干渉露光時にも同様の共有結合を生じるものである。
【0062】
すなわち、本発明に係る体積型ホログラム記録用感光性媒体を干渉露光すると、ホログラム記録材料層の光照射の強い部分において優先的にフッ素含有重合性化合物が光重合し、それに伴いフッ素含有重合性化合物の拡散移動が起こり、干渉縞を生じる。この干渉露光時においてバインダーポリマーの官能基がフッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合可能な場合には、強露光部においてフッ素含有重合性化合物同士の光重合反応及びフッ素含有重合性化合物とバインダーポリマーの光重合が同時に起こるので、屈折率変調成分としてのフッ素含有重合性化合物の反応性が増大し、干渉露光の感度及び強露光部と弱露光部の屈折率差が大きくなる。
【0063】
また、干渉露光の強露光部はフッ素含有重合性化合物又はその重合体が高濃度に存在するので機械的に脆くなり易いが、干渉露光時にフッ素含有重合性化合物又はその重合体とバインダーポリマーとが光重合によって共有結合することにより強露光部の膜強度や耐熱性が向上するという効果もある。
【0064】
また、干渉露光後に、ホログラム記録材料層中のバインダーポリマーとフッ素含有重合性化合物又はその重合体とを全面露光、加熱、或いは、その他の適切な手段を用い、強露光部又は弱露光部に限定されることなく均一に共有結合させることによって、ホログラム記録材料層全体の膜強度や耐熱性を向上させることができる。この場合に、バインダーポリマーとフッ素含有重合性化合物又はその重合体とが全面露光又は加熱により重合可能な場合には、干渉露光後に屈折率変調を促進し或いはホログラムを固定するためにホログラム記録材料層を全面的に露光又は加熱する工程と、ホログラム層の膜強度や耐久性を向上させるためにバインダーポリマーとフッ素含有重合性化合物又はその重合体とを共重合させる工程を、共通の反応形式で一工程にまとめることができるので、好ましい。
【0065】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づき説明する。
【0066】
(実施例1)
(1)体積型ホログラム記録用感光性組成物溶液の調製
下記成分及び溶剤を混合し、体積型ホログラム記録用感光性組成物溶液を調製した。
<体積型ホログラム記録用感光性組成物溶液の組成>
・脂環式エポキシ樹脂(EHPE−3150、ダイセル化学工業(株)製):100重量部
・1,4−ビス(2’,3’−エポキシプロピル)−パーフルオロ−n−ブタン(E−7432、ダイキン工業(株)製):60重量部
・1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(イルガキュア184、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製):2重量部
・3−エチル−5−[(3−エチル−2(3H)−ベンゾチアゾリリデン)エチリデン]−2−チオキソ−4−オキサゾリジノン(NK−1473、(株)林原生物化学研究所製):0.02重量部
・メタノール:30重量部
・メチルエチルケトン:30重量部
(2)体積型ホログラム記録用感光性媒体の作製
上記溶液を38μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東レ製ルミラーT−60)上にバーコーターを使用して、乾燥膜厚20μmとなるように塗布し、体積型ホログラム記録用感光性媒体を作製した。
【0067】
次に、体積型ホログラム記録用感光性媒体のホログラム記録材料層側をミラーにラミネートし、PET側から514.5nmアルゴンイオンレーザー光を入射して干渉露光を行い、体積型ホログラムを記録した。
【0068】
次に、加熱、紫外線重合により干渉縞を固定し、体積型ホログラムを得た。分光評価結果から計算した結果、屈折率変調量Δnは0.048であった。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、バインダーポリマーとして脂環式構造を有するポリマーを用いると共に屈折率変調成分としてフッ素含有重合性化合物を用いることにより屈折率差を大きくとることができ、さらにフッ素含有重合性化合物は一分子中に2以上の光重合性基を有していて干渉露光時の反応性が良いので、感度が良く、且つ、屈折率変調量が大きい体積型ホログラム記録用感光性組成物及び体積型ホログラム記録用感光性媒体が得られる。
【0070】
また、バインダーポリマーとしての脂環式構造を有するポリマーは光や熱による劣化、例えば黄変を起こし難いので、透明性に優れている。
【0071】
従って、屈折率変調量、感度、透明性などのホログラム記録性能に優れた体積型ホログラム記録材料、体積型ホログラム記録媒体、及び、体積型ホログラムが提供される。
【0072】
さらに本発明においては、脂環式バインダーポリマーと屈折率変調成分としてのフッ素含有重合性化合物の間に共有結合を形成し得るので、フッ素含有重合性化合物を用いているにも拘わらずホログラム層の膜強度や耐熱性を向上させることができる。
【0073】
従って、屈折率差、感度、透明性などのホログラム記録性能だけでなく、物理的性質にも優れた体積型ホログラム記録材料、体積型ホログラム記録媒体、及び、体積型ホログラムを提供することができ、光学素子等の広範な分野への応用が期待される。
【0074】
さらに、干渉露光時に脂環式バインダーポリマーの官能基がフッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合可能な場合には、強露光部においてフッ素含有重合性化合物はバインダーポリマーとも重合して反応性が増大するので、屈折率変調量、感度をさらに向上させることができる。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a novel photosensitive composition capable of recording a volume hologram, a volume hologram recording medium using the same, and a volume hologram produced using the recording medium.
[0002]
[Prior art]
The DuPont Omnidex series is the only commercially available photosensitive composition for producing volume holograms at the mass production level. This material mainly contains a radical polymerization monomer and a binder polymer, a photo radical polymerization initiator, and a sensitizing dye, but utilizes a difference in refractive index between the radical polymerization monomer and the binder polymer. That is, when the photosensitive composition formed into a film is subjected to interference exposure, radical polymerization is started in a portion where light is strong, and accordingly, a concentration gradient of the radical polymerization monomer is generated, and radicals are generated from a portion where light is weak to a portion where light is strong. The diffusion transfer of the polymerization monomer occurs. As a result, the density of the radical polymerization monomer can be increased or decreased according to the intensity of the interference light, which appears as a difference in refractive index. Although this material system has the best performance as a photopolymer for volume holograms currently reported, problems have been pointed out in heat resistance and transparency.
[0003]
A material system using both radical polymerization and cationic polymerization has been reported. For example, Japanese Patent No. 2873126 discloses a system using a monomer having a diallyl fluorene skeleton as a high refractive index radical polymerizable monomer and a cationic polymerizable monomer having a refractive index smaller than that of the radical polymerizable monomer. In this system, a high refractive index component is polymerized by radical polymerization at the time of hologram exposure, and then an image is fixed by cationic polymerization at fixing exposure.
[0004]
Moreover, a material system using cationic polymerization is disclosed in, for example, USP 5759721. This material system has an advantage that there is no oxygen inhibition in the radical polymerization system, but there is a problem that the sensitivity of the cationic polymerization is poor and it is difficult to provide sensitivity in a long wavelength region.
[0005]
Japanese Patent No. 2953200 discloses a material system in which an inorganic substance network and a photopolymerizable monomer are used in combination. When an inorganic material that can form a network is used as a binder, this material has the advantages of being excellent in heat resistance, environmental resistance and mechanical strength, and having a large difference in refractive index from a photopolymerizable organic monomer. The hologram recording film formed by the system is rather fragile, and it is inferior in flexibility, processability and coating suitability, and the compatibility between the inorganic binder and the organic monomer is not good, so a uniform coating material is prepared. There is a problem that it is difficult to do.
[0006]
In addition, in Japanese translations of PCT publication No. 2000-508783, a material in which ultrafine metal particles are dispersed in a solid matrix is disclosed as a hologram recording material. However, the matrix needs to have fluidity and has a problem of poor solidity. .
[0007]
Further, as publicly known examples using a combination of a high refractive index aromatic ring-containing binder polymer and a low refractive index fluorine-containing monomer, there are JP-A-5-210343, JP-A-5-210344, and JP-A-5-257416. However, in this combination, since the polymerization reactivity is not sufficient, the sensitivity at the time of interference exposure is not so high. Although the addition of a polyfunctional acrylate to increase the polymerizability of the fluorine-containing monomer is also described, this method impairs the low refractive index inherent in the fluorine-containing monomer. Furthermore, in this combination, there is a problem that the strongly exposed portion where the polymer of the fluorine-containing monomer is present in a high ratio is mechanically fragile, and yellowing easily occurs due to the use of the aromatic ring-containing binder polymer. is there.
[0008]
JP-A-6-67588 discloses a known example in which a low refractive index binder polymer comprising a fluorine-containing acrylic monomer and an acrylic monomer containing no fluorine and a high refractive index aromatic ring-containing monomer are used in combination. However, even in this example, the low refractive index property of the fluorine-containing acrylic monomer is impaired by copolymerization with an acrylic monomer that does not contain fluorine, and further, yellowing is likely to occur due to the aromatic ring of the aromatic ring-containing monomer. There is.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As an index indicating the performance of the volume hologram, there is a refractive index modulation amount (Δn). This value is calculated by Kogelnik's coupled wave theory. As described above, various volume hologram recording materials are known, but the refractive index modulation amount (Δn) showing the hologram performance is about 0.06 at the maximum, and is applied to a new optical element or the like. At the same time, further improvement of Δn is desired.
[0010]
Also, considering the application to a wide range of fields such as optical elements, not only hologram recording performance such as refractive index difference, sensitivity, transparency, but also various performances including physical properties such as film strength and heat resistance. There is a need for a fully satisfactory material system.
[0011]
The present invention has been accomplished in consideration of the above-mentioned actual situation, and a first object thereof is a volume hologram recording material, a volume hologram recording medium, and a volume hologram having a refractive index modulation amount (Δn) larger than that of the conventional one. It is to obtain a hologram.
[0012]
The second object of the present invention is not only hologram recording performance such as refractive index difference, sensitivity and transparency, but also volume hologram recording material and volume type excellent in physical properties such as film strength and heat resistance. It is to obtain a hologram recording medium and a volume hologram.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a volume hologram recording photosensitive composition provided by the present invention comprises a binder polymer having an alicyclic structure, a fluorine-containing polymerizable compound having two or more photopolymerizable groups, and It contains a photopolymerization initiator, and the binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound have a functional group that can be covalently bonded to each other.
[0014]
The photosensitive medium for volume hologram recording provided by the present invention is characterized in that a film of the photosensitive composition for volume hologram recording is provided on a substrate.
[0015]
The binder polymer having an alicyclic structure generally has a high refractive index, and the polymer of one fluorine-containing polymerizable compound generally has a very low refractive index. Therefore, when the photosensitive composition for hologram recording combined with both is subjected to interference exposure, a large difference in refractive index can be obtained. In the present invention, since a fluorine-containing polymerizable compound having two or more photopolymerizable groups in one molecule is used, the reactivity during interference exposure is good. Therefore, a photosensitive composition for volume hologram recording and a photosensitive medium for volume hologram recording with high sensitivity and a large refractive index modulation amount can be obtained.
[0016]
A polymer having an alicyclic structure as a binder polymer is excellent in transparency because it hardly causes deterioration due to light or heat, for example, yellowing.
[0017]
Furthermore, in the present invention, since a covalent bond can be formed between the alicyclic binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound as the refractive index modulation component, the film strength and heat resistance of the hologram layer can be improved.
[0018]
As the fluorine-containing polymerizable compound, 1,4-bis (2 ′, 3′-epoxypropyl) perfluoro-n-butane as a fluorine-containing monomer is preferably used. Since this compound is excellent in compatibility with the binder polymer and can be blended in a high proportion in the photosensitive composition for volume hologram recording, a hologram recording material having a particularly large refractive index modulation effect can be obtained.
[0019]
Furthermore, when the functional group of the alicyclic binder polymer can be photopolymerized with the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound at the time of interference exposure, the fluorine-containing polymerizable compound also polymerizes with the binder polymer and reacts in the strongly exposed area. Therefore, the refractive index modulation amount and sensitivity can be further improved.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The photosensitive composition for volume hologram recording provided by the present invention contains a binder polymer having an alicyclic structure, a fluorine-containing polymerizable compound having two or more photopolymerizable groups, and a photopolymerization initiator, The binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound have a functional group capable of being covalently bonded to each other.
[0021]
Δn calculated from Kogelnik's theory indicates the difference in refractive index in the refractive index distribution formed according to the interference light incident on the light-sensitive material. The larger this Δn, the better the hologram. In the present invention, a binder polymer having an alicyclic structure and a fluorine-containing polymerizable compound as a refractive index modulation component are used in combination, but the binder polymer having an alicyclic structure generally has a large refractive index, Polymers of these fluorine-containing polymerizable compounds generally have a very low refractive index.
[0022]
Therefore, when the photosensitive composition for hologram recording combined with both is subjected to interference exposure, the weakly exposed portion is rich in the alicyclic binder polymer and the refractive index is increased, and the strongly exposed portion is exposed to the fluorine-containing polymerizable compound or a polymer thereof. The rich refractive index becomes very small, and the refractive index difference can be increased.
[0023]
In the present invention, a polymer having a part of an alicyclic structure and a functional group capable of reacting with a functional group of a fluorine-containing polymerizable compound to form a covalent bond is used as the binder polymer.
[0024]
The binder polymer used in the present invention has an alicyclic structure portion. A binder polymer having an aromatic ring structure is conventionally known as a high-refractive index binder polymer for hologram recording materials. However, a binder polymer having an aromatic ring structure is easily yellowed by light or heat and has insufficient transparency. . On the other hand, polymers having an alicyclic structure in the molecule generally have a large refractive index. For example, a polymer having a refractive index of 1.55 or more can be used, and it is difficult to cause yellowing and is transparent. Since it is excellent, it is suitable as a high refractive index type binder polymer.
[0025]
Examples of the alicyclic structure of the binder polymer include a cycloalkyl group such as cyclohexyl and a cycloalkylene group such as cyclohexylene. These alicyclic structures can provide a high refractive index when present in any part of the molecule, for example, as a cycloalkylene group in the main chain linkage, and a cycloalkyl group or cycloalkylene group in the side chain. Alternatively, it may be introduced as a cycloalkyl group pendant on the main chain.
[0026]
The binder polymer used in the present invention has a functional group that can react with a functional group of the fluorine-containing polymerizable compound to form a covalent bond. In the present invention, the polymer of the fluorine-containing polymerizable compound used as the refractive index modulation component is mechanically fragile, which causes the film strength and heat resistance of the hologram layer to be impaired. On the other hand, after performing interference exposure using a combination of a binder polymer that can form a covalent bond with the fluorine-containing polymerizable compound and the fluorine-containing polymerizable compound as a refractive index modulation component, unreacted fluorine-containing compounds By covalently bonding a polymerizable compound or a polymer of a fluorine-containing polymerizable compound to a binder polymer by a predetermined reaction mode, a stable bond is generated between the fluorine-containing polymerizable compound and the binder polymer, thereby improving film strength and heat resistance. An excellent hologram layer can be obtained.
[0027]
A functional group copolymerizable with the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound can be introduced into the binder polymer. In addition, a functional group for covalently bonding the binder polymer to the fluorine-containing polymerizable compound is introduced separately from the photopolymerizable group for interference exposure, and the binder polymer is photopolymerizable to the fluorine-containing polymerizable compound. In addition to the group, a functional group that can be covalently bonded to the introduced functional group may be introduced. In that case, a combination of the functional group of the binder polymer and the functional group of the fluorine-containing polymerizable compound is arbitrarily selected. be able to.
[0028]
The binder polymer satisfying such requirements depends on the covalent bond of hydroxyl group, epoxy group, carboxyl group, acryloyl group, methacryloyl group, etc. Examples of the introduced cyclohexyl resin (for example, EHPE-3150 (manufactured by Daicel Chemical Industries) and ST-1000 (manufactured by Tohto Kasei)), alicyclic imide resins, and the like can be given.
[0029]
It is preferable to introduce into the binder polymer a functional group capable of being photopolymerized or thermally polymerized with the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound as the covalent bond functional group. The photopolymer type hologram recording material layer is often subjected to uniform exposure or heating over the entire surface after the interference exposure process in order to promote refractive index modulation or complete the polymerization reaction. When the functional group of the binder polymer can be photopolymerized or thermally polymerized with the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound, the binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound are subjected to post-treatment such as uniform exposure over the entire surface. The covalent bond of can also be completed.
[0030]
Particularly preferably, the binder polymer is introduced with a photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound and a photopolymerizable functional group. For example, when the fluorine-containing polymerizable compound has an ethylenically unsaturated double bond capable of addition polymerization as a photopolymerizable group, the binder polymer is similarly ethylenically unsaturated such as an acryloyl group or a methacryloyl group. Those having a double bond are used. When the fluorine-containing polymerizable compound has a cationic photopolymerizable group such as an epoxy group, a binder polymer having a functional group polymerizable with the cationic photopolymerizable group at the time of interference exposure is used. The functional group capable of polymerizing with the cationic photopolymerizable group at the time of interference exposure includes, for example, a functional group such as a hydroxyl group and a carboxyl group in addition to the cationic photopolymerizable group itself such as an epoxy group and a vinyl ether group.
[0031]
In the case of the particularly preferable combination described above, the fluorine-containing polymerizable compound is not only polymerized with the other adjacent fluorine-containing polymerizable compound in the strongly exposed portion when the hologram recording material layer is subjected to interference exposure, but also the surrounding binder polymer. Since both are polymerized, the reactivity is increased and the sensitivity and refractive index difference of interference exposure are improved. Also in this case, after the interference exposure, the entire surface is uniformly exposed or heated to promote refractive index modulation or complete the polymerization reaction to form a hologram, and the binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound. The covalent bond is further advanced to bring excellent film strength and heat resistance to the hologram recording material layer.
[0032]
In the present invention, other resins may be mixed and used as an auxiliary binder polymer, if necessary, together with the essential binder polymer satisfying the above requirements.
[0033]
As a process of promoting refractive index modulation caused by interference exposure or stabilizing a recorded hologram, there is a process of moving a polymerizable component by heating, etc. For this purpose, these matrix polymers are not completely cured before being cured. Preferably, the glass transition temperature should be relatively low and facilitate the monomer movement. Specifically, the glass transition temperature is preferably 180 ° C. or lower.
[0034]
In the present invention, the component (refractive index modulation component) for modulating the refractive index in the strong exposure part of interference exposure to form interference fringes (refractive index modulation component) has two or more photopolymerizable groups, and the alicyclic type. A fluorine-containing polymerizable compound having a functional group capable of reacting with a functional group of the binder polymer to form a covalent bond is used.
[0035]
A fluorine-containing polymerizable compound has a fluorine atom in its molecular structure and generally has a very low refractive index, and is therefore suitable as a low refractive index type refractive index modulation component. In addition, since the fluorine-containing polymerizable compound used in the present invention has two or more photopolymerizable groups, the polymerization reactivity at the time of interference exposure is large, and excellent sensitivity and refractive index modulation action can be obtained. Therefore, a large refractive index difference can be obtained by using a combination of a fluorine-containing polymerizable compound having two or more photopolymerizable groups and a binder polymer having an alicyclic structure.
[0036]
The fluorine-containing polymerizable compound used in the present invention has a functional group that can react with a functional group of the binder polymer to form a covalent bond. As described above, a binder polymer that can be covalently bonded to each other and a fluorine-containing polymerizable compound are used in combination, and after performing interference exposure, an unreacted fluorine-containing polymerizable compound or a polymer of the fluorine-containing polymerizable compound is predetermined. By covalently bonding to the binder polymer according to the reaction mode, a stable bond is generated between the fluorine-containing polymerizable compound and the binder polymer, and a hologram layer having excellent film strength and heat resistance can be obtained.
[0037]
Further, when the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound also functions as a functional group capable of reacting with the functional group of the binder polymer to form a covalent bond, as described above, the strong exposure part of interference exposure is used. , The fluorine-containing polymerizable compound not only polymerizes with other adjacent fluorine-containing polymerizable compounds, but also with the surrounding binder polymer, so that the reactivity is increased and the sensitivity and refractive index difference of interference exposure are improved. The effect is obtained.
[0038]
Examples of the fluorine-containing polymerizable compound having two or more photopolymerizable groups include monomers having an ethylenically unsaturated double bond capable of addition polymerization such as acryloyl group and methacryloyl group, and cationic polymerizable groups such as vinyl ether group and epoxy group. Monomers having can be used.
[0039]
As the fluorine-containing polymerizable compound, an oligomer or polymer of a fluorine-containing monomer can be used, but at the time of interference exposure, the smaller the molecular weight of the refractive index modulation component, the easier it is to move to the strongly exposed area in the hologram recording material layer. In view of this, a fluorine-containing monomer is preferred.
[0040]
A fluorine-containing polymerizable compound having an ethylenically unsaturated double bond capable of addition polymerization causes refractive index modulation by radical polymerization during interference exposure, and also polymerizes with a binder polymer having a similar radical polymerizable group for stable sharing. Bonds can be formed. In addition, the fluorine-containing polymerizable compound having a cationically polymerizable group causes refractive index modulation by photocationic polymerization during interference exposure, and also polymerizes with a binder polymer having an epoxy group, a vinyl ether group, a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like, and is stable. Covalent bonds can be formed.
[0041]
Specific examples of the fluorine-containing polymerizable compound include 1,4-bis (2 ′, 3′-epoxypropyl) perfluoro-n-butane (produced by Daikin Industries) as a fluorine-containing monomer. This exemplary compound is excellent in compatibility with the binder polymer, and can be blended in a high proportion in the photosensitive composition for volume hologram recording according to the present invention, so that a hologram recording material having a particularly large refractive index modulation effect can be obtained. can get.
[0042]
The photopolymerization initiator is used for initiating or accelerating the polymerization of the fluorine-containing polymerizable compound by interference exposure, and is appropriately selected from a photoradical polymerization initiator and a photocationic polymerization initiator according to the type of polymerization reaction. Select and use.
[0043]
As radical photopolymerization initiators, 1,3-di (t-butyldioxycarbonyl) benzophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetrakis (t-butyldioxycarbonyl) benzophenone, N-phenylglycine, 2, Examples include 4,6-tris (trichloromethyl) -s-triazine, 3-phenyl-5-isoxazolone, 2-mercaptobenzimidazole, and imidazole dimers.
[0044]
Photocationic polymerization initiators include aromatic diazonium salts, aromatic iodonium salts, aromatic sulfonium salts, aromatic phosphonium salts, mixed ligand metal salts such as (η 6 -Benzene) (η Five -Cyclopentadienyl) iron (II), silanol-aluminum complex, etc. can be illustrated.
[0045]
The photopolymerization initiator is preferably decomposed after hologram recording from the viewpoint of stabilization of the recorded hologram. For example, organic peroxides are preferred because the initiator is easily decomposed by irradiation with ultraviolet rays.
[0046]
Visible laser light, for example, laser light from an argon ion laser (458 nm, 488 nm, 514.5 nm), a krypton ion laser (647.1 nm), a YAG laser (532 nm), etc. is used for recording the hologram. For the purpose of improving the sensitivity at the laser beam wavelength, a sensitizing dye can be added.
[0047]
Sensitizing dyes include thiopyrylium salt dyes, merocyanine dyes, quinoline dyes, styrylquinoline dyes, ketocoumarin dyes, thioxanthene dyes, xanthene dyes, oxonol dyes, cyanine dyes, rhodamine dyes, pyrylium Examples thereof include salt dyes. Sensitizing dyes having an absorption wavelength in the visible light region, when high transparency like an optical element is required, cause changes such as decomposition by heating or ultraviolet irradiation in the post-process after hologram recording and are colorless. Is preferred.
[0048]
The fluorine-containing polymerizable compound is used in a proportion of 10 to 1000 parts by weight, preferably 10 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the binder polymer.
[0049]
A photoinitiator is used in the ratio of 1-10 weight part with respect to 100 weight part of binder polymers, Preferably it is 5-10 weight part.
[0050]
The sensitizing dye is used in an amount of 0.01 to 1 part by weight, preferably 0.01 to 0.5 part by weight, based on 100 parts by weight of the binder polymer.
[0051]
Each material as described above is acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, tetrahydrofuran, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, ethyl acetate, 1,4- A coating liquid as a photosensitive composition for volume hologram recording according to the present invention is prepared by dissolving in dioxane, 1,2-dichloroethane, dichloromethane, chloroform, methanol, ethanol, isopropanol, or a mixed solvent thereof. be able to. However, when the fluorine-containing polymerizable compound is liquid at room temperature, the amount of coating solvent used can be reduced, and the coating solvent may not be required at all.
[0052]
The hologram recording material layer is formed by applying the coating solution to an appropriate substrate film by a method such as a spin coater, gravure coater, comma coater, bar coater, and the like, and a volume hologram recording photosensitive medium is formed. can get. The thickness of the volume hologram recording material layer is 1 to 100 μm, preferably 10 to 40 μm.
[0053]
As the base film of the photosensitive medium for volume hologram recording, it has transparency, polyethylene film, polypropylene film, polyethylene fluoride film, polyvinylidene fluoride film, polyvinyl chloride film, polyvinylidene chloride film, Polyethylene films such as ethylene-vinyl alcohol film, polyvinyl alcohol film, polymethyl methacrylate film, polyether sulfone film, polyether ether ketone film, polyamide film, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer film, polyethylene terephthalate film, polyimide A resin such as a film is exemplified, and the film thickness is 2 to 200 μm, preferably 10 to 50 μm.
[0054]
Moreover, when the volume hologram recording material layer after drying has adhesiveness, the film illustrated by the said base film can be laminated as a protective film. In this case, the contact surface of the laminate film with the volume hologram recording material layer may be subjected to a release treatment so that it can be easily peeled off later.
[0055]
The volume hologram recording photosensitive medium thus obtained has a hologram recording material layer provided on a base film, and the hologram recording material layer has a binder polymer having a cycloaliphatic structure and a photopolymerizable group. It contains two or more fluorine-containing polymerizable compounds and a photopolymerization initiator.
[0056]
The volume hologram recording photosensitive medium according to the present invention can be subjected to interference exposure by a conventionally known method to form a volume hologram.
[0057]
For example, a hologram original plate is brought into close contact with the hologram recording material layer of a volume type hologram recording photosensitive medium, and interference exposure is performed from the transparent substrate film side using visible light, or ionizing radiation such as ultraviolet rays or electron beams. By doing so, a volume hologram is formed.
[0058]
Further, in order to promote the refractive index modulation by interference exposure or complete the polymerization reaction, it is possible to appropriately perform a process such as full exposure with ultraviolet rays or heating after the interference exposure.
[0059]
The volume hologram recording mechanism of the photosensitive composition for volume hologram recording in the present invention is considered to be the same as a conventionally-known mechanism. That is, when the photosensitive composition formed into a film is subjected to interference exposure, photopolymerization is started in a portion where light is strong, and accordingly, a concentration gradient of the photopolymerizable compound is formed, and from a portion where light is weak to a portion where light is strong. The diffusion transfer of the photopolymerizable compound occurs. As a result, the photopolymerizable compound can be densely and densely according to the intensity of the interference light, which appears as a difference in refractive index. This refractive index difference becomes interference fringes, and a volume hologram is formed.
[0060]
Thus, the hologram recording material layer of the photosensitive medium for volume hologram recording according to the present invention produces interference fringes by interference exposure to form a hologram layer, and a volume hologram is obtained.
[0061]
Further, as apparent from the above, the hologram recording material layer of the photosensitive medium for volume hologram recording in the present invention has a binder polymer at any point in the hologram forming process, usually in post-treatment after interference exposure. And a fluorine-containing polymerizable compound or a polymer thereof, and more preferably, the same covalent bond is generated not only in the post-processing step but also in the interference exposure.
[0062]
That is, when the volume-type hologram recording photosensitive medium according to the present invention is subjected to interference exposure, the fluorine-containing polymerizable compound is preferentially photopolymerized in the strongly irradiated portion of the hologram recording material layer, and accordingly the fluorine-containing polymerizable compound. Diffusion movement occurs, and interference fringes are generated. When the functional group of the binder polymer is photopolymerizable with the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound at the time of interference exposure, the photopolymerization reaction between the fluorine-containing polymerizable compounds and the fluorine-containing polymerizable compound in the strongly exposed portion Since the photopolymerization of the binder polymer and the binder polymer occur simultaneously, the reactivity of the fluorine-containing polymerizable compound as the refractive index modulation component is increased, and the sensitivity of interference exposure and the difference in refractive index between the strong and weakly exposed portions are increased.
[0063]
Further, the strongly exposed portion of interference exposure is likely to be mechanically brittle because the fluorine-containing polymerizable compound or polymer thereof is present in a high concentration, but the fluorine-containing polymerizable compound or polymer thereof and the binder polymer are not easily exposed during interference exposure. Covalent bonding by photopolymerization also has an effect of improving the film strength and heat resistance of the strongly exposed portion.
[0064]
Further, after the interference exposure, the binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound or the polymer thereof in the hologram recording material layer are exposed to the entire surface, heated, or other suitable means, and limited to the strong exposure portion or the weak exposure portion. The film strength and heat resistance of the entire hologram recording material layer can be improved by uniformly covalently bonding without being performed. In this case, if the binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound or the polymer thereof can be polymerized by whole surface exposure or heating, the hologram recording material layer is used to promote refractive index modulation or fix the hologram after interference exposure. And a process of copolymerizing a binder polymer and a fluorine-containing polymerizable compound or a polymer thereof in order to improve the film strength and durability of the hologram layer. Since it can be put together into a process, it is preferable.
[0065]
【Example】
Next, this invention is demonstrated based on an Example.
[0066]
Example 1
(1) Preparation of photosensitive composition solution for volume hologram recording
The following components and solvent were mixed to prepare a photosensitive composition solution for volume hologram recording.
<Composition of photosensitive composition solution for volume hologram recording>
Alicyclic epoxy resin (EHPE-3150, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.): 100 parts by weight
1,4-bis (2 ′, 3′-epoxypropyl) -perfluoro-n-butane (E-7432, manufactured by Daikin Industries, Ltd.): 60 parts by weight
1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (Irgacure 184, manufactured by Ciba Specialty Chemicals): 2 parts by weight
3-ethyl-5-[(3-ethyl-2 (3H) -benzothiazolylidene) ethylidene] -2-thioxo-4-oxazolidinone (NK-1473, manufactured by Hayashibara Biochemical Laboratories): 0 .02 parts by weight
・ Methanol: 30 parts by weight
・ Methyl ethyl ketone: 30 parts by weight
(2) Production of photosensitive medium for volume hologram recording
The above solution was applied onto a 38 μm polyethylene terephthalate (PET) film (Toray Lumirror T-60) using a bar coater so as to have a dry film thickness of 20 μm, thereby producing a photosensitive medium for volume hologram recording. .
[0067]
Next, the hologram recording material layer side of the photosensitive medium for volume type hologram recording was laminated on a mirror, and 514.5 nm argon ion laser light was incident from the PET side to perform interference exposure to record the volume type hologram.
[0068]
Next, the interference fringes were fixed by heating and ultraviolet polymerization to obtain a volume hologram. As a result of calculation from the spectral evaluation result, the refractive index modulation amount Δn was 0.048.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, a polymer having an alicyclic structure can be used as a binder polymer, and a refractive index difference can be increased by using a fluorine-containing polymerizable compound as a refractive index modulation component. A photosensitive composition for volume hologram recording and a volume type which has two or more photopolymerizable groups in one molecule and has good sensitivity and high refractive index modulation amount because of good reactivity during interference exposure. A photosensitive medium for hologram recording is obtained.
[0070]
A polymer having an alicyclic structure as a binder polymer is excellent in transparency because it hardly causes deterioration due to light or heat, for example, yellowing.
[0071]
Therefore, a volume hologram recording material, a volume hologram recording medium, and a volume hologram that are excellent in hologram recording performance such as refractive index modulation amount, sensitivity, and transparency are provided.
[0072]
Furthermore, in the present invention, since a covalent bond can be formed between the alicyclic binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound as the refractive index modulation component, the hologram layer is used in spite of the use of the fluorine-containing polymerizable compound. The film strength and heat resistance can be improved.
[0073]
Therefore, it is possible to provide a volume hologram recording material, a volume hologram recording medium, and a volume hologram that are excellent not only in hologram recording performance such as refractive index difference, sensitivity, and transparency, but also in physical properties, Application to a wide range of fields such as optical elements is expected.
[0074]
Furthermore, when the functional group of the alicyclic binder polymer can be photopolymerized with the photopolymerizable group of the fluorine-containing polymerizable compound at the time of interference exposure, the fluorine-containing polymerizable compound also polymerizes with the binder polymer and reacts in the strongly exposed area. Therefore, the refractive index modulation amount and sensitivity can be further improved.

Claims (9)

脂環式構造を有するバインダーポリマー、光重合性基を2以上有するフッ素含有重合性化合物、及び、光重合開始剤を含有し、前記バインダーポリマーと前記フッ素含有重合性化合物とは相互に共有結合可能な官能基を有することを特徴とする体積型ホログラム記録用感光性組成物。Contains a binder polymer having an alicyclic structure, a fluorine-containing polymerizable compound having two or more photopolymerizable groups, and a photopolymerization initiator, and the binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound can be covalently bonded to each other. A photosensitive composition for volume hologram recording, which has a functional group. 更に、増感色素を含有することを特徴とする、請求項1記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。The photosensitive composition for volume hologram recording according to claim 1, further comprising a sensitizing dye. 前記フッ素含有重合性化合物は光重合性基として付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有し、且つ、前記光重合開始剤が光ラジカル重合開始剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。The fluorine-containing polymerizable compound has an ethylenically unsaturated double bond capable of addition polymerization as a photopolymerizable group, and the photopolymerization initiator is a photoradical polymerization initiator. Or the photosensitive composition for volume type hologram recording of 2. 前記フッ素含有重合性化合物は光重合性基としてカチオン重合性基を有し、且つ、前記光重合開始剤が光カチオン重合開始剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。The volume type according to claim 1 or 2, wherein the fluorine-containing polymerizable compound has a cationic polymerizable group as a photopolymerizable group, and the photopolymerization initiator is a photocationic polymerization initiator. Photosensitive composition for hologram recording. カチオン重合性基を有する前記フッ素含有重合性化合物は、フッ素含有モノマーとしての1,4−ビス(2'、3'−エポキシプロピル)パーフルオロ−n−ブタンであることを特徴とする請求項4に記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。5. The fluorine-containing polymerizable compound having a cationic polymerizable group is 1,4-bis (2 ′, 3′-epoxypropyl) perfluoro-n-butane as a fluorine-containing monomer. 2. The photosensitive composition for volume hologram recording described in 1. 前記バインダーポリマーは、共有結合可能な前記官能基として、フッ素含有重合性化合物の光重合性基と光重合又は熱重合可能な官能基を有することを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。6. The binder polymer according to claim 1, wherein the functional group capable of covalent bonding has a photopolymerizable group of a fluorine-containing polymerizable compound and a functional group capable of photopolymerization or thermal polymerization. A photosensitive composition for volume hologram recording. 前記バインダーポリマー及び前記フッ素含有重合性化合物は、いずれも付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を有し、且つ、前記光重合開始剤が光ラジカル重合開始剤であることを特徴とする請求項6に記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。The binder polymer and the fluorine-containing polymerizable compound both have addition-polymerizable ethylenically unsaturated double bonds, and the photopolymerization initiator is a photoradical polymerization initiator. Item 7. A photosensitive composition for volume hologram recording according to Item 6. 前記バインダーポリマーはカチオン重合性基と重合可能な官能基を有し、前記フッ素含有重合性化合物はカチオン重合性基を有し、且つ、前記光重合開始剤が光カチオン重合開始剤であることを特徴とする請求項6に記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物。The binder polymer has a functional group polymerizable with a cationic polymerizable group, the fluorine-containing polymerizable compound has a cationic polymerizable group, and the photopolymerization initiator is a photocationic polymerization initiator. The photosensitive composition for volume hologram recording according to claim 6. 前記請求項1乃至8いずれかに記載の体積型ホログラム記録用感光性組成物の皮膜を基材上に設けたことを特徴とする、体積型ホログラム記録用感光性媒体。9. A volume hologram recording photosensitive medium, wherein a film of the volume hologram recording photosensitive composition according to claim 1 is provided on a substrate.
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