JPH0258690B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、加熱昇温の後に急冷することにより
光学濃度が低下し、記録がおこなえる光学的熱的
情報記録部材に対して、白化記録および、白化記
録部位を黒化して消去する方法を提供するもので
ある。 本発明は、光学情報を記録するに際し、用いる
光学記録薄膜をあらかじめ、黒化の飽和状態にし
ておき、そして、この黒化飽和状態の膜の選択的
な微少部分にエネルギー信号（光学的、熱的、電
気的その他のエネルギー）を与えてこの部分を加
熱昇温し、これを急冷して白化状態にして情報を
記録せんとするものである。この場合、急冷状態
を実現するために、照射光のスポツトの形状を加
えることが重要な点である。 白化記録する場合は、記録部材、例えば、デイ
スクの回転速度で速くするとともに、スポツトと
デイスクの相対的な移動方向に関してスポツト寸
法を短かく選び、デイスク面の記録部位を照射す
る実効的な光パルス巾を短かくする。 つぎに、このようにして白化状態にかえて記録
した信号に光を照射して加熱昇温し、黒化状態に
もどして消去するにあたつては、逆に前記デイス
クの回転速度を遅くするとともに、スポツトとデ
イスクの相対的な移動方向に関してスポツト寸法
を長く選び、デイスク面の記録部材を照射する実
効的な光パルス巾を長くする。 このように選ぶことにより、まず第１の黒化処
理を施しておくことにより、白化状態にして記録
した部位および、その部位を含む領域を加熱昇温
した場合、白化部位のみが黒化してもとにもど
り、その周辺部の光学濃度には変化がみられず、
消し残りなど消去において新しいノイズ要因の発
生を防ぐことが可能になる。 つまり、光スポツト径をかえることにより、同
一回転速度において、白化および黒化消去の選択
がおこなえるようになる。 光学的に情報を記録し、再生する方法は記録ビ
ツト径がおよそ1μmφ程度の寸法まで可能であ
り、情報を高密度に記録でき、かつ非接触での情
報再生が可能であり、ビデオデイスク等への応用
が、最近実用段階にまできている。 しかしながら、情報を記録し、かつこれを消去
するという方法はまだ確立していない。これ等の
例をつぎに述べる。 材料的には、フオトクロミツク材料、熱可塑性
樹脂等あるいは、強誘電材料等が、光学的に情報
を記録し、かつ消去できる機能を有するものとし
て知られているが、記録に要する応答時間が長い
あるいは、低感度であるため大出力の記録のため
のレーザ光源が必要である等で、実用化には限界
がある。 一方光学的に、熱的に情報を記録および消去す
る新しい方法が登場してきている。それは物質の
相転移あるいは、原子間の結合の配列をかえて光
学的な性質の変化を利用するものとして、良く知
られている方法はカルコゲン化物、つまり酸素を
除く周期律表の第６族の元素Ｓ，Se，Teと金属
半金属との化合物を利用するものである。これは
S.R.Ovshinsky等によりPhys Rev Letters 21
（1968）1450に報告されたもので、材料としては
Ge₁₅Te₈₁Sb₂S₂の薄膜を用いる方法である。これ
等のカルコゲン化物を利用する方法は、次の２つ
に分類できる。まず第１は非晶質状態の膜を結晶
状態にかえて記録する方法でこれは、淡褐色の非
晶質膜に数μmφに絞つたレーザ光を照射し、加
熱昇温し徐冷後、膜が結晶化して黒化し情報が記
録できるもので、消去に際しては、この黒化部位
に、再びパルス巾の短かい強いレーザ光を照射
し、白化させ元の淡褐色の状態に戻しておこなう
方法がある。 つぎに同様にカルコゲン化物を用いた第２の例
は、光構造変化を利用する方法で、非晶質状態を
他の非晶質状態にかえて記録する方法で特開昭
S52−46464に示されているようにAs−Se−Ge−
Ｓからなる組成の薄膜において、可視光のレーザ
光源例えばArレーザ等の照射により、黒化せし
め記録しこれを、赤外線レーザ光等で加熱して白
化して消去するデバイスが提案されている。 いずれも、レーザ光、熱を介して、情報を記録
および消去する比較的簡便な方法である。 実用に際しては、結晶化を利用する第１の例の
場合、未記録淡褐色の非晶質状態の膜にレーザ光
を照射し、加熱昇温により結晶化させて情報を記
録する場合、無秩序な無定形状態から結晶状態へ
の原子の再配列過程から成り、結晶化に関し、徐
冷過程が必要で10μsecから数mmsec以上の比較的
長いパルス巾の光照射による加熱が必要であり、
高速記録（数100nsec以下）には適さない。 さらに、消去の過程では黒化記録部位を強いレ
ーザスポツト光等で短かい光パルスの照射により
加熱昇温して白化する。この場合、レーザスポツ
ト光の光強度分布が、ガウス型をしているため、
スポツト周辺部では、光強度が低くなり黒化条件
の光強度になりやすく、一方スポツトの中心では
黒化部が白化して消去できるが同時にその周辺部
に、黒化部位が形成されやすく、これが消し残り
としてノイズの原因になる等の問題点がある。 第２の例では、記録、つまりレーザ光による黒
化過程が、昇温効果を利用するものではなくフオ
トンの吸収による結合の変化を利用するもので、
これは光エネルギーよりもむしろ、吸収フオトン
の数に比例して変化が生じ、弱いレーザパワーで
も記録が可能であるという利点を有している。
又、消去は、加熱つまり熱処理により全面を白化
させるため、消し残り等の問題は生じにくい。一
方、室内光に長時間晒した場合、弱い室内光に対
してもこれを吸収して変化する可能性があるため
取り扱いにやや問題がある。 これ等に対して、特願昭S53−100626において
本発明者らが提案した材料例えば、低酸化物
TeOx₁，Ｏ＜x₁＜2.0に、SeあるいはＳを含ませ
てなる記録膜は、黒化の応答速度が数100nsecで
あり、白化の応答速度は同様に数100nsec以下に
できる等の特徴を有している。 本発明においては、黒化応答速度の遅いカルコ
ゲン化物を用いても、高速記録が可能で、消し残
り等の問題が生じない、光学情報記録および消去
の方法を提供するものである。 本発明の方法に用いる光学記録膜は、カルコゲ
ン化物例えば、Ge−Te−Se−Ｓ等の組み合せか
らなる蒸着薄膜、およびSe，Ｓの少なくとも１
つを含ませてなる低酸化物記録薄膜TeOx₁，
GeOx，Ｏ＜x₁＜2.0等である。 まず記録部材の構成としては、透明な基材、ガ
ラス、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂等の上に
500Å〜3000Åの記録薄膜を蒸着形成し、これに
SiO₂あるいは、透明樹脂の層からなる保護層を
形成する。基材側から、光を照射し、反射光によ
る信号再生をおこなう場合は、密着保護層として
は、黒化ラツカー等の不透明層でも適用できる。
形態としては、テープ状、シート状いずれでも可
能であるが、第一図に円盤状の形態のものを示
す。 耐熱性の基材２の上に記録薄膜３を形成し、こ
れを飽和黒化レベルまで熱処理し、黒デイスク化
する。これを以下黒デイスクと称する。 ４は半導体レーザであり、印加される情報信号
６によりそのレーザ光の強度が変調される。レー
ザ光は、レンズ７，８を介してデイスク１の表面
に照射されて、デイスク上に記録ビツト１０とし
て順次記録される。 本発明において用いる光学情報記録膜は、光照
射による加熱昇温の後の冷却速度により、白化記
録状態、あるいは黒化状態が得られる。 この冷却速度は、照射光のパルス巾が短かい場
合は速くなり、長い場合は基材全体の昇温のため
温度が下がりにくくなつて遅くなる。 これを樹脂基材（アクリル）を用いてこの上に
形成したカルコゲン化物の膜に対し、照射レーザ
光のパルス巾、強度をかえて、白化、黒化の条件
を求めたところ、パルス巾が数10nsecから数μsec
または急冷、白化状態を得、10μsec以上では黒化
状態を得た。この間は（数μsec〜10μsec）黒化、
白化の境界領域になる。 尚、前提条件として、デイスクを静止させて実
験を行つており（静止系）、また、この時の膜材
料の厚さは、500Å〜3000Å、照射レーザの波長
λは、現在の一般的な半導体レーザの波長と同じ
830nmである。また、レーザの強度については、
同じレーザスポツトで行い、パワー範囲が３〜
15mWで行つた。 ここで、黒化，白化の境界領域とは、レーザパ
ワーが大きく、膜を融解させるパワーレベルの照
射で照射部のスポツトの中央部がわずかに白化す
る場合が生ずるパルス幅の領域のことである。 かかる方法で得た黒デイスクに対し、光照射に
よる白化状態に変化させておこなう信号記録は、
光ビームスポツト寸法と、デイスク回転に伴う黒
化記録膜の相対移動速度から定まる光照射時間を
短かく選ぶ手段で実施する。光照射パルス巾を短
くする方法としてまず相対移動速度を大きくする
手段がある。この場合、デイスクを回転させて実
験するが、このデイスク実験の場合、デイスクの
回転線速度により、レーザスポツトの照射部分の
レーザ光被照射時間がかわる。つまり、その部分
のスポツト径を横切る時間が照射時間になる。こ
れを、デイスク実験の場合の光照射パルス巾と定
義している。 したがつて、デイスク回転線速度がかわれば、
スポツトを横切る時間がかわり、スポツトとデイ
スクの相対移動速度をかえることにより、スポツ
トを横切る時間、つまり、光照射パルス巾を加え
ることができる。又、線速度が同じで、スポツト
径をかえれば、スポツトを横切る時間がかわる。 このように、光照射パルス巾を短くするため
に、第２図で示すように、デイスク１を回転させ
るモータ１１の回転速度を、電源１２の電圧を上
げることにより高速化する方法でおこなう。次に
記録膜面上の光照射スポツト径を、レンズ８に結
合したボイスコイル１３を電源１４により調整
し、最小寸法になるように選ぶ。 この場合の組み合せで定まるカルコゲン化物膜
の黒デイスク面上の点における光照射パルス巾
τsecは、デイスクの回転走行速度を第３図に示す
ようにv₁cm／secとし、光スポツト１５のデイス
ク回転走行方向に平行な長さl₁cmとして、τ＝
l₁／v₁（sec）で得る。 そこで、τ300nsecになるように、v₁，つま
りデイスク回転速度R₁rpm及び、スポツト寸法l₁
を得ぶことにより、白化信号ビツト１６，１７の
記録が可能になる。 ここで、このように白化できる根拠について説
明する。 前述したように、パルス巾が数10nS〜数μSで
は白化するから、τ300nSは、白化パルス巾領
域になる。ここで、τ＝l₁／v₁について説明す
る。 l₁は、スポツト径に相当する。V₁は、スポツト
とデイスクの相対的移動速度であり、スポツトが
固定しているときは、デイスク回転の線速度にな
る。スポツト照射を受ける点は、スポツトを横切
るまでの時間、光照射を受ける。したがつてこの
時間τ＝l₁／V₁が、照射パルス巾に相当する。 デイスクの回転速度R₁rpmとスポツト照射を
受けるデイスクの径から、相対線速度V₁が定ま
る。 つぎに、白化記録部位を黒化消去する方法を説
明する。 これは、光照射パルス巾を長くする方法とし
て、まず光スポツトとデイスクの相対移動速度を
小さくする手段がある。この場合は、前述の光照
射パルス巾を短くする方法とは逆に、デイスクの
回転速度を小さくすれば、デイスクのスポツト光
照射部分のスポツトを横切る時間が長くなる。こ
のようにスポツトを横切る時間は、照射パルス幅
になる。第２図に示すように、モータ１１の回転
速度を低速化する手段があり、次に記録膜面上の
光照射スポツトを大きく、あるいは長くする手段
がある。つまりボイスコイル１３によりレンズ８
を上下することによりスポツト径は増大する。 カルコゲン化物膜の場合、同様に照射光パルス
巾では、第４図の走行速度v₂cm／sec及び、スポ
ツト長l₂から、τ＝l₂／v₂（sec）を得、τ1μsec
で黒化できる第４図において点線で示したビツト
１９及び、２０の一部は光スポツト１８により黒
化消去がおこなわれた部分である。 ここで、τ＝l₂／V₂、τ1μSで黒化できる根
拠について説明する。 前述したように黒化，白化境界領域のパルス巾
は数μS〜10μsecであつた。 したがつてτ1μsecのパルス巾では、この静
止系の黒化，白化境界領域に相当する。したがつ
て照射パワーをわずかに下げることにより、黒化
条件を得る領域となる。 表１は低酸化物記録薄膜を用いた場合のデータ
で、デイスクのφ195mmの位置のデータである。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱昇温の後に徐冷することにより、光学濃
   度が増大し、加熱昇温の後に急冷することにより
   光学濃度が低下する性質を有するSe，Ｓの少く
   とも１つを含ませてなる低酸化物記録薄膜材料を
   基板上に蒸着形成した記録部材を用い、前記蒸着
   薄膜をあらかじめ光学濃度の高い黒化飽和状態に
   変化させておき、この黒化飽和状態の膜の選択的
   な微少部分に12mW以上のレーザ光照射を施こ
   し、その照射光スポツト長をｌとし、照射光スポ
   ツトと前記記録部材の相対的な移動速度ｖとし、
   ｌ／ｖ80nsecとなるように選び、光学濃度の低
   い白化状態に変化させて情報を記録し、次に白化
   状態にして記録した部位を、再び黒化状態にして
   情報を消去するに際し、6mW以上のレーザ光照
   射を施こし、ｌ／ｖ200nsecとなるように、照
   射光スボツト長と、照射光スポツトと前記記録部
   材の相対的な移動速度を選ぶことを特徴とする光
   学情報記録および消去方法。