JP2810070B2 - 強誘電性高分子光メモリー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光メモリーカード、光ディスク等に有用な
強誘電性高分子光メモリーに関する。

［従来の技術］ PVD系重合体を記録媒体とした高分子光メモリーは、
すでに知られている。

これは、PVD系重合体の強誘電性を利用した画期的な
光メモリーで、その記録原理は特開昭59−215096及び同
59−215097号公報、あるいはIEEE Trans.Electr.Ins..E
l−21（３）,539（1986）、高分子加工35,418（1986）
に開示されているように、強誘電性高分子材料が電界に
よって分極する性質を利用して、高い電界を印加して一
方向に分極させた該強誘電性高分子材料に対して、抗電
界以下の弱い逆電界を印加した状態で任意の部分に光ビ
ームを照射加熱して該光照射部のみを選択的に分極反転
せしめることにより書き込みを可能にし、さらに光また
は熱による焦電効果を利用して読み出すことができると
いうものである。

この光メモリーにおいては、電界の印加および焦電効
果の検出のために、記録媒体より成る層の上下に電極層
を置く必要があるが、光ビーム照射により発生した熱が
電極層内で容易に拡散してしまうため、記録密度やS/N
比が低下するという問題を有していた。

［発明が解決しようとする課題］ 又、記録層が記録層の厚さ方向に一様には温まらない
という問題点もあった。

上述のとおり、本光メモリーでは記録層を光ビームで
照射加熱して書き込み読み出しを行うものであるが、こ
のとき、記録層の厚さ方向には温度分布はなるべく均一
であることが望ましい。入射光により記録層を加熱する
方法としては、記録層に光吸収剤を混合して光を吸収さ
せる方法、記録層の内部にあるいは記録層に接して光吸
収層を設ける方法、電極層に光を吸収させる方法などが
あるが、 記録層に光吸収剤を混合して光を吸収させる方法の
場合 光吸収剤が均一に混合されているときは、記録層内で
の光の減衰量が十分小さくないかぎり、入射光側がその
反対側より高温になる。記録層の厚さ方向に光吸収剤の
濃度を変化させることによって、記録層の厚さ方向に温
度分布が一様になるように調整することは極めて難しく
実用的でない。

記録層の内部にあるいは記録層に接して光吸収層を
設ける方法の場合 光吸収層を記録層内または記録層に接して複数個配置
し、それらの間での光の吸収の割合を調整しておけば、
記録層の厚さ方向に温度分布を一様な形に近づけること
は可能であるが、光吸収層が１層しかない場合は、記録
層の厚さ方向に温度分布を一様な形にすることはできな
い。

電極層に光を吸収させる方法の場合 入射光側の電極が透明または半透明でないかぎり、記
録層の入射光側の電極に近い側が他の側より高温にな
る。入射光側の電極が透明またはわずかに不透明のとき
は、記録層の入射光側と反対側の電極に近い側がより高
温になる。入射光側の電極の不透明度が適度であって両
側の電極で均等に光を吸収する場合は記録層の厚さ方向
の温度分布を一様な形にすることができるが、本来メモ
リーの電極として好ましい性質を備えた物質の中にはそ
のような電極は存在しない。

上記、、の方法のうちでは、が構成上最も簡
単で、かつ光吸収剤や光吸収層に伴う問題が生じること
もないという長所を持っている。本発明は上記の方法
を使う場合に、電極層内における熱拡散を防止でき、か
つ記録層の厚さ方向の温度を一様にすることができる強
誘電性高分子光メモリーを提供することを目的とするも
のである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、上記の課題を解決するため、従来より
研究を重ねてきた結果、電極層の構造を一様な平板でな
く、それに間隙を設けることが有効であることを見出
し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、強誘電性高分子膜からなる記録
層と、それを挾む電極層とが基板上に保持されている光
メモリーにおいて、入射光の一部が入射光側電極で吸収
され、残部が他方の電極で吸収されるように、該二つの
電極層のうちの少くとも入射光側の電極が間隙を有する
ことを特徴とする強誘電性高分子光メモリーである。

以下本発明の構成を図面に基づいて説明する。第１図
は強誘電性高分子光メモリーの構成モデル図である。こ
の図中の１がPVD系重合体からなる記録層である。２は
上部電極であり、３が下部電極である。４は下部電極を
支える基板である。レーザー光は基板側もしくは上部電
極側から照射される。

［（注）「上部」「下部」という表現は、基板を下にし
て使う場合に対応させている。しかし、本発明は、基板
を上にしても、あるいは斜めに傾けて使っても、何ら変
わりなく成立する。］ 上述のとおり、本光メモリーでは、記録層を光ビーム
で照射加熱して書き込み読み出しを行う。入射光により
記録層を加熱する方法としては、記録層に光吸収剤を混
合して光を吸収させる方法、記録層の内部にあるいは記
録層に接して光吸収層を設ける方法、電極層に光を吸収
させる方法などがあるが、本発明はこれらのうち電極層
に光を吸収させる方式のものに適用される。

電極層に光を吸収させる場合、不透明電極であれば、
入射光側の電極が発熱する。入射光側の電極として透明
電極を、その反対側の電極として不透明電極を使えば、
不透明電極が発熱する。いずれの場合も、２つの電極の
うち主に片方のみが発熱する。このため記録層内の温度
分布は記録層の厚さ方向に一様ではなくなり、発熱して
いる電極に近い部分が他方の電極に近い部分よりも高温
になってしまう。この問題を解決するには入射光側の電
極で吸収する光の量と通過する光の量との割合を何らか
の方法で適切な値にして、両側の電極が均等に発熱する
ようにすれば良い。しかし、入射光側の電極の不透明度
を電極の物質あるいは厚さを変えることによって適当な
値にするのは、好ましくない副作用が生じたりして難し
い。

また、電極層として使われる物質の熱伝導率は大変大
きいため、電極層で光が吸収されることによって発生し
た熱の中のかなりの部分が電極内を急速に拡散し、その
ため記録層の温度上昇が損なわれまた高温領域が不必要
に拡がり記録密度の低下をきたすという問題が存在す
る。

本発明者らは、入射光側の電極層を一様な平板にせ
ず、間隙を分布させた平板にするか、あるいは細長い平
板を間隙を置いて並べた形にして、入射光の一部が入射
光側の電極層を通過して他方の電極層で吸収されるよう
にすることによって、上記の問題を解決できることを見
出した。（第２図、第３図、第４図） このとき入射光と反対側の電極層は一様な厚さの平板
であっても構わないが、入射光側の電極層と同じく間隙
を有する平板にする方が、その電極層内の熱拡散を減ら
す観点から望ましい。後者の場合、両電極層間の電界が
記録層面に垂直になるように、上方または下方から見て
両側の電極が重なっている部分が均等に密に分布してい
るような配置にしておく方が好ましい。例えば、両側の
電極層を細長い平板に並べた形にした場合、それら両側
の平板なす角が直角または直角に近い角度になるように
配置するのが好ましい（第５図）。なお、下部電極層で
吸収される光と下部電極層を通過する光の量の割合が光
の照射位置によって大きく変らないようにするために
は、入射位置によらず入射光のビーム幅内に電極層内の
間隙がほぼ同数個存在するように、電極層内の間隙は微
少な間隙が微少な間隔をおいて一様に分布するように作
るのが望ましい。例えば、第２図および第５図に示すよ
うな細長い平板からなる電極の場合、平板間の距離（L₁
＋L₂）を入射光ビームのe^-1半径以下にすることが望ま
しく、またそれよりさらに短くしてe^-1半径内に入る平
板数がさらに増えるようにすればより望ましい。また、
板の幅と間隙の幅との比（L₁/L₂）は、電極および記録
層物質の光吸収率を考慮して、入射光が上下両電極に均
等に吸収されるような値にしておく必要がある。このよ
うな条件を満たすL₁とL₂の値としては、入射光ビームの
e^-1半径が３μｍ、記録層の光吸収率が０、下部電極に
当たった光は下部電極ですべて吸収され、上部電極の板
幅と間隙幅は等しいという条件の場合に、L₁＝0.1μ
ｍ、L₂＝0.2μｍを一例として挙げることができる。ま
た、第３図および第４図に示すような、多数個の穴の空
いた電極の場合、穴の大きさは入射光ビームのe^-1半径
を半径とする円がその中に完全に含まれることがないだ
け充分小さく、穴と穴との間隙は入射光ビームのe^-1半
径を半径とする円がどの穴にも触れないことがないだけ
充分小さいことが望ましい（第６図）。

このような電極層を作る方法としては、金、白金、
銀、銅、鉛、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、タンタ
ル、チタン、コバルト、ニオブ、パラジウム、スズ等の
各種金属を蒸着、CVD、スパッタリング等により製膜
し、イオンビームや電子ビームを使用してあるいはエッ
チング等によりストライプ状、メッシュ状等に加工する
方法が挙げられるが、本発明は、特にこれらの電極材料
および電極層作成方法に限定されるものではない。

次に電極層以外の部分について記す。

記録層を構成するPVD系重合体には種々の化合物が報
告されているが、本記録媒体においては強誘電性を有
し、かつ誘電ヒステリシス測定で矩形を示すようなもの
が望ましく、たとえばふっ化ビニリデンのホモ重合体、
及びふっ化ビニリデンを50重量％以上含むふっ化ビニリ
デン共重合体である。該共重合体としてはふっ化ビニリ
デンと三ふっ化エチレン、六ふっ化プロピレン、三ふっ
化塩化エチレン等との共重合体等を挙げることができ
る。また、ポリシアン化ビニリデン、シアン化ビニリデ
ン及び酢酸ビニル共重合体等も挙げられるが、これらの
中でも弗化ビニリデン及び三弗化エチレン共重合体［以
下Ｐ（VDF−TrFE）と略す］が最も好ましい。

該記録層のPVD系重合体膜を製膜する方法としては浸
漬コーティング、スプレーコーティング、スピナーコー
ティング、ブレードコーティング、ローラコーティン
グ、カーテンコーティング等の溶液塗布法によって形成
することができる。この中でも浸漬コーティングやスピ
ナーコーティングによるものが該PVD系重合体膜を均一
な膜厚に形成する上に、超薄膜が得られる点からも好ま
しい。

電極の支持体材料としては、ポリエチレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリビニルアルコ
ール、ポリビニルアセテーオ、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリオレフィン、アクリル樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂及び上記の誘電体等の各種プラスチックや
ガラス、石英板、セラミックなどが好適であるが、照射
光に対して透明であることが望ましく、又電極との絶縁
を兼ねているものであることが好ましいが、電極同様本
発明は特にこれらに限定されるものではない 照射光源は量産性及び価格的にも半導体レーザー（L
D）が最適と考えられる。LD光の照射方向は上部・下部
何れの電極側からでも構わない。

又、この他、必要に応じて電極層上にさらに保護層を
設けることもできる。この保護層は、上部電極層及び記
録層の保護を目的として各種高分子材料などから形成さ
れる。

［実施例］ 次に実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本
発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

実施例 厚さ約1mmのポリスチレン基板上に、下部電極として
クロムを厚さ0.1μｍで蒸着した後、下部電極を幅0.5μ
ｍのストライプが1.0μｍ間隔で並んだ形に加工した。
この上にＰ（VDF−TrFE）膜を厚さ1.0μｍで塗布して記
録層を形成した。さらにこの上に上部電極としてクロム
を厚さ0.1μｍで蒸着した後、下部電極のストライプと
直角な方向に幅1.0μｍのストライプを1.0μｍ間隔で並
べた形に加工した。さらにその上に保護層としてポリエ
チレン膜を厚さ0.5mで塗布した。その後、該Ｐ（VDF−T
rFE）膜に100Vの電圧をかけてポーリング処理を施し
た。さらに、25Vの逆電界をかけながら、発進波長830nm
の半導体レーザー（以下LDと略す）を用いて基板側から
強度6.0mw,e^-1半径6.0μｍのガウスビームを40μｓ間照
射することにより両電極層を加熱して情報を記録した。
その後、LD光強度を0.16mWに弱めて10kHzでチョッピン
グしながら再度LD光を照射して記録層を加熱し電極間に
生じる焦電電流を計測して、記録した情報の読み出し操
作を行ったところ、S/N比が45dBであり、記録された領
域（分極が反転した領域）の大きさが直径3.5μｍであ
った。

比較例 厚さ約1mmのポリスチレン基板上に、下部電極として
クロムを厚さ0.1μｍで蒸着し、その上にＰ（VDF−TrF
E）膜を厚さ1.0μｍで塗布して記録層を形成した。さら
にその上に上部電極としてクロムを厚さ0.1μｍで蒸着
し、さらにその上に保護層としてポリエチレン膜を厚さ
0.5mで塗布した。その後、該Ｐ（VDF−TrFE）膜に100V
の電圧をかけてポーリング処理を施した。さらに、25V
の逆電界をかけながら、発振波長830nmの半導体レーザ
ー（以下LDと略す）を用いて基板側から強度6.0mW,e^-1
半径6.0μｍのガウスビームを600μｓ間照射することに
より両電極層を加熱して情報を記録した。その後、LD光
強度を0.16mWに弱めて10kHzでチョッピングしながら再
度Ｌ光を照射して記録層を加熱し電極間に生じる焦電電
流を計測して、記録した情報の読み出し操作を行ったと
ころ、S/N比が35dBであり、記録された領域（分極が反
転した領域）の大きさが直径10.0μｍであった。

［発明の効果］ 照射光が入射する側の電極層が微小な間隙を有する構
造をしているため、入射光のうち適当な割合の光がその
電極層で吸収されずに通過して反対側の電極層で吸収さ
れるので、それらの間にはさまれている記録層を両側か
ら均等に加熱することができ、情報の書き込み読み出し
のS/N比が向上する。又、電極層が一様な厚さの平板か
ら成る場合に比べて、電極層内の熱拡散を抑えることが
できるため、記録密度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は強誘電性高分子光メモリーの構成モデル図、 第２〜５図は本発明の強誘電性高分子光メモリーの電極
層の一例を示す構成モデル図、第６図は第３、４図のよ
うに電極に設けた穴と入射光ビームとの関係を示す図。 １……記録層、２……上部電極、３……下部電極、４…
…基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 明夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平１−255828（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−113724（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 7/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強誘電性高分子膜からなる記録層と、それ
   を挾む電極層とが基板上に保持されている光メモリーに
   おいて、入射光の一部が入射光側電極で吸収され、残部
   が他方の電極で吸収されるように、該二つの電極層のう
   ちの少くとも入射光側の電極が間隙を有することを特徴
   とする強誘電性高分子光メモリー。