DE3790965C2 - Optisches Aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungs­ material und insbesondere ein optisches Aufzeichnungsmaterial, das eine photochrome Verbindung oder eine photochemische Lochbrenn­ reaktion (im Folgenden als PHB-Keaktion bezeichnet) ausnutzt.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des herkömmlichen optischen Aufzeichnungsmaterials und -geräts. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1a eine Quelle eines Laserstrahls zur Verwendung bei der Aufzeichnung, die Bezugszahlen 1b und 1c bezeichnen den Laserstrahl, die Bezugszahl 3 bezeichnet eine Objektiv-Linse, die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Scheibe, die Bezugszahl 2a bezeichnet ein optisches Aufzeichnungsmaterial wie Tellur-Verbindungen, und die Bezugszahl 2b bezeichnet ein das optische Aufzeichnungs­ material tragendes Substrat, das aus Glas und dergleichen gebildet wird. Die Bezugszahl 4 bezeichnet ein kleines Loch, das in dem optischen Aufzeichnungsmaterial als Information aufgezeichnet ist.

Beim Betrieb werden die Informationen dadurch aufgezeichnet, daß der Laserstrahl 1b auf einer Oberfläche des optischen Aufzeich­ nungsmaterials 2a mit Hilfe der Objektiv-Linse 3 unter Kotation der Scheibe 2 und Modulation des Laserstrahls mittels der zu schreibenden Information gesammelt wird. Auf diese Weise wird die Information in das optische Auf-zeichnungsmaterial 2a in Form des kleinen Loches eingeschrieben, das durch die thermische Bearbei­ tung gebildet wird.

Bei dem Verfahren, bei dem die Information mittels der thermischen Bearbeitung unter Einsatz eines Laserstrahls in der oben be­ schriebenen Weise geschrieben wird, geht in ein kleines Loch nur ein Bit ein.

Da das herkömmliche optische Aufzeichnungsmaterial die oben beschriebene Bauart aufweist, ist die pro Flächeneinheit des Aufzeichnungsmaterials geschriebene Menge an Informationen be­ stimmt durch die Anzahl kleiner Löcher, die pro Flächeneinheit des Aufzeichnungsmaterials gebildet werden kann. In der Kegel beträgt bei dem bestehenden Aufzeichnen unter Verwendung eines Laser­ strahls der Durchmesser eines Laserflecks etwa 1 µm, und der Durchmesser eines kleinen Loches beträgt ebenfalls höchstens 1 µm. Dementsprechend ist die Zahl der kleinen Löcher, die auf einen Quadratcentimeter (1 cm²) geschrieben werden können, das heißt die Speicherkapazität, höchstens 10³ Bit/cm².

US-A-4,605,607 beschreibt ein optisches Aufzeichnungsmaterial, das einen organometallischen Chromophor/Polymer aufweist, der in der Informations-tragenden Schicht gebunden ist. Dieser Chromophor ist entweder chemisch gebunden oder mit dem Polymer der umgebenden Matrix koordiniert. Während es sich bei der Photochromie um einen photoinitiierten Übergang einer molekularen Struktur handelt, welcher photochemisch oder thermisch reversibel ist, wobei eine spektrale Änderung der Farbe typischerweise verursacht wird, ist der Chromophor mit dessen Hilfe gemäß der US-A-4,605,607 die Information gespeichert wird, lediglich derjenige Teil einer molekularen Einheit oder Gruppe von Atomen, in welchen der Elek­ tronenübergang, welcher für ein vorgegebenes Spektralband verant­ wortlich ist, näherungsweise lokalisiert.

Demgegenüber beschreibt die DE-AS 21 60 149 ein Verfahren zum Schreiben vom speichernden Bildern mittels Lichtstrahlen auf einem photochromen Aufzeichnungsträger sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Aufzeichnungsträger. Das photochrome Materi­ al kann sich dabei in einem vernetzten Polymeren befinden, jedoch sind in dieser Druckschrift keine Anhaltspunkte erkennbar, die eine chemische Bindung des photochromen Aufzeichnungsmaterials mit dem polymeren Träger erkennen lassen.

In Patent Abstracts of Japan, April 25, 1985, Vol. 9, No. 96 (C- 278), S. 156, 59-227972 (A) wird beschrieben, photochrome Moleküle über eine chemische Bindung mit einer makromolekularen Verbindung zu verknüpfen. Mit einer einfachen chemischen Verknüpfung ist es jedoch nicht möglich, das photochrome Molekül mit hoher Genau­ igkeit an einem bestimmten Ort zu fixieren.

In Patent Abstracts of Japan, Februar 14, 1987, Vol. 11., No. 49 (P547), S. 24, 61-215542 (A) wird ebenfalls ein optisches Auf­ zeichnungsmaterial beschrieben. Zur Verbesserung der Stabilität und der Zuverlässigkeit wird ein Verbundkörper, bestehend aus einem photochromen Molekül und einem vernetzten Polymer mit Netzwerkstruktur beschrieben, wobei die Maschen des Netzes gleich oder einige Größenordnungen größer sind, als die photochromen chemischen Gruppen. Der Raum, in dem sich die photochromen funk­ tionellen Gruppen aufhalten, kann in dem vernetzten Polymer frei beweglich sein und wird im Grundzustand lediglich durch die Maschenweite bestimmt. Eine reversibele Änderung der unterschied­ lichen Energieniveaus wird bei Zuständen niedriger Energie durch sterische Hinderungseffekte bestimmt. Dementsprechend ist es erforderlich, zum Beschreiben oder Löschen der gespeicherten Information den Verbundkörper über den Erweichungspunkt zu er­ wärmen. Auch in dieser Druckschrift ist eine exakte Fixierung der optisch gespeicherten Information an einem bestimmten Punkt des Materials nicht möglich.

Demgegenüber ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Konser­ vierung der aufgezeichneten Informationen zu stabilisieren. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Aufzeichnungsmaterial bereitzustellen, das befähigt ist, den Grenzwert der Speicherkapazität pro Flächeneinheit dadurch auf 10³ Bit/cm² oder mehr zu erhöhen, daß es die oben beschriebe­ nen, dem Stand der Technik innewohnenden Probleme ausschaltet und ein Vielfaches an Informationen auf einen Fleck des opti­ schen Aufzeichnungsmaterials, sogar in der Größenordnung der Licht-Wellenlänge, zu schreiben vermag; jedoch nicht ein Bit an einen Ort.

Ein optisches Aufzeichnungsmaterial gemäß der vorliegenden Er­ findung umfaßt ein Aufzeichnungsglied gemäß Anspruch 1.

Außerdem hat, konkret gesagt, das im Vorstehenden beschriebene Aufzeichnungsglied wenigstens zwei Arten unterschiedlicher Wel­ lenlängenbereiche des optischen Absorptionsspektrums, wobei ein Aufzeichnungsmedium aus einer diese Aufzeichnungsglieder umfas­ senden Mischung gebildet wird, wodurch die mehrfache Aufzeich­ nung in einer Größenordnung der Wellenlänge innerhalb wenig­ stens zweier Wellenlängenbereiche des optischen Absorptions­ spektrums möglich wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Information unter Verwendung eines Moleküls aufgezeichnet, dessen Charakteristik des optischen Absorptionsspektrums vor und nach der Absorption von Licht als optisches Aufzeichnungsmaterial unterschiedlich ist, so daß die Charakteristik des optischen Absorptionsspek­ trums durch das Einwirkenlassen von Licht innerhalb des Wellenlängenbereichs der optischen Absorption des Moleküls auf das optische Aufzeichnungsmaterial geändert werden kann und das Vorhandensein dieser Änderung in Form eines Signals des binären Codes 0, 1, aufgezeichnet werden kann.

Da das Aufzeichnungsglied durch Verknüpfen des oben beschriebe­ nen Moleküls mit makromolekularen Ketten aufgebaut wird, kann nicht nur die Konservierung der aufgezeichneten Information stabilisiert werden, sondern auch die Temperatur-Stabilität kann erhöht werden.

Außerdem wird, wenn wenigstens zwei Arten von Molekülen, deren Wellenlängenbereiche der optischen Absorption voneinander ver­ schieden sind, in dem optischen Aufzeichnungsmaterial enthalten sind und die betreffenden Moleküle fest mit makromolekularen Ketten verknüpft sind, die gegenseitige Wirkung zwischen ver­ schiedenen Licht absorbierenden Molekülen bemerkenswert ge­ schwächt im Vergleich zu derjenigen in dem Fall, in dem sie nicht fest mit makromolekularen Ketten verknüpft, sondern le­ diglich vermischt sind. Infolgedessen vermögen die jeweiligen Moleküle ihre individuellen Charakteristiken des optischen Ab­ sorptionsspektrums beizubehalten, wenn sie sich in dem opti­ schen Aufzeichnungsmaterial befinden, und die Änderungen in der Charakteristik des optischen Absorptionsspektrums auf der Grundlage der Absorption von Licht innerhalb der betreffenden individuellen Wellenlängenbereiche hervorzubringen. Das bedeu­ tet, daß die Information innerhalb der Wellenlängenbereiche des optischen Absorptionsspektrums der jeweiligen Moleküle aufge­ zeichnet werden kann und die mehrfache Aufzeichnung von Infor­ mationen in einer Größenordnung der Wellenlänge möglich wird, wodurch die Aufzeichnungsdichte den begrenzenden Wert derjeni­ gen des herkömmlichen optischen Aufzeichnungsmaterials von 10³ Bit/cm² überschreiten kann.

Weiterhin muß das das Licht absorbierende und die Aufzeichnung in dem optischen Aufzeichnungsmaterial durchführende Molekül mit wenigstens zwei makromolekularen Ketten verknüpft sein; wenn es jedoch mit drei makromolekularen Ketten verknüpft ist, wird die gegenseitige Wirkung zwischen verschiedenen Arten von Molekülen noch weiter geschwächt, was bevorzugt wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des herkömmlichen Aufzeichnungs­ geräts.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Aufzeichnungsgeräts unter Verwendung eines optischen Aufzeichnungsmaterials gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine allgemeine Darstellung eines Beispiels eines Molekül-Modells eines optischen Aufzeichnungsmaterials.

Fig. 4 zeigt ein kennzeichnendes Diagramm einer Charakteristik eines Absorptionsspektrums eines optischen Aufzeichnungsmateri­ als gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein kennzeichnendes Diagramm eines Beispiels einer Charakteristik eines Absorptionsspektrums des in Fig. 4 dar­ gestellten optischen Aufzeichnungsmaterials, nachdem Informa­ tionen in dem optischen Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet wurden.

Fig. 6 zeigt ein kennzeichnendes Diagramm einer Charakteristik eines Absorptionsspektrums eines optischen Aufzeichnungsmateri­ als gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung.

Fig. 7 zeigt ein kennzeichnendes Diagramm eines Beispiels einer Charakteristik eines Absorptionsspektrums des in Fig. 6 dar­ gestellten optischen Aufzeichnungsmaterials, nachdem Informa­ tionen in dem optischen Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet wurden.

In Fig. 2 sind die Bezugszahlen 1a, 1b, 1c, 2b und 3 die glei­ chen wie diejenigen in dem herkömmlichen Aufzeichnungsgerät. Die Bezugszahl 21a bezeichnet ein optisches Aufzeichnungsmate­ rial gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3, die eine all­ gemeine Darstellung eines Beispiels eines Molekül-Modells eines optischen Aufzeichnungsmaterials, zeigt die Bezugszahl 5 einen Fall, in dem ein lichtabsorbierendes Molekül D₁ fest mit einer makromolekularen Kette P₁ verknüpft ist, die Bezugszahl 6 einen Fall gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine molekulare Gruppe D₂ fest mit zwei makromolekularen Gruppen P_2-1 und P_2-2 verknüpft ist, und die Bezugszahl 7 einen Fall gemäß der vor­ liegenden Erfindung, bei dem eine molekulare Gruppe D₃ fest mit drei makromolekularen Gruppen P_3-1, P_3-2, P_3-3 verknüpft ist.

Das Verknüpfen des lichtabsorbierenden Moleküls mit der makro­ molekularen Kette kann nach einer allgemeinen Arbeitsweise da­ durch erfolgen, daß ein Paar funktioneller Gruppen, die befä­ higt sind, eine allgemeine chemische Reaktion der Verknüpfung, etwa eine Kondensationsreaktion, einzugehen, sowohl an dem lichtabsorbierenden Molekül als auch an der makromolekularen Kette angefügt werden.

Beispiel 1

Ein Beispiel für das optische Aufzeichnungsmaterial 21a, in dem eine sogenannte photochrome Verbindung, deren Absorptionsmaxi­ mum des optischen Absorptionsspektrums vor und nach der Licht­ absorption verschoben wird, als Molekül D verwendet wird, wird beschrieben.

Drei Arten photochromer Verbindungen D₄, D₅, D₆ werden dazu eingesetzt, nach einem Verfahren gemäß 6 in Fig. 3 mit zwei makromolekularen Ketten einzeln fest verknüpft zu werden. In diesem Fall können gleichartige oder verschiedenartige makromo­ lekulare Ketten für D₄, D₅, D₆ verwendet werden, jedoch werden in diesem Beispiel D₄, D₅, D₆ mit zwei gleichartigen Methacrylamid-Polymeren verknüpft. Ein Methacrylamid-Polymer mit fest mit diesem verknüpften D₄, ein Methacrylamid-Polymer mit fest mit diesem verknüpften D₅ und ein Methacrylamid-Poly­ mer mit fest mit diesem verknüpften D₆ werden in Lösungsmitteln gelöst oder zur Vermischung geschmolzen, und dann wird die re­ sultierende Mischung auf ein Substrat aufgebracht und getrock­ net, wodurch ein Aufzeichnungsmedium gebildet wird.

Die betreffenden Absorptions-Wellenlängenbereiche der optischen Absorptionsspektren von D₄, D₅, D₆ haben jeweils einen Peak bei A₄, A₅, A₆, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Peaks werden durch die Absorption von Licht innerhalb der betreffenden Absorptionsbereiche nach A_4-1, A_5-1 bzw. A_6-1 verschoben.

Wenn Licht von A₄ und A₆ auf dieses Aufzeichnungsmaterial zur Einwirkung gelangt, wird die Charakteristik des Absorptions­ spektrums des optischen Aufzeichnungsmaterials als Ganzes so, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, d. h. die Absorptionspeaks bei A₄ und A₆ verschwinden. Wenn die Existenz dieser Absorptionspeaks in Form eines binären Codes 0, 1, ausgedrückt wird, läßt sich eine mehrfache optische Aufzeichnung in einer Größenordnung der Wellenlänge erzielen (1, 0, 1).

Sämtliche photochromen Stoffe, darunter Spiropyran-Verbindun­ gen, Fulgid-Verbindungen, Azobenzol-Verbindungen und Komplex- Verbindungen, etwa Ku-Komplex-Verbindungen und Hg-Komplex-Ver­ bindungen, können als photochrome Verbindungen eingesetzt wer­ den, die als das optische Aufzeichnungsmaterial 21a verwendet werden.

Beispiel 2

Ein Beispiel wird beschrieben, bei dem als das Molekül, das als das Aufzeichnungsglied in dem optischen Aufzeichnungsmaterial 21a verwendet wird, ein Molekül verwendet wird, das ein soge­ nanntes Lochbrenn-Phänomen zeigt (PHB-Molekül: ein ein photo­ chemisches Loch brennendes Molekül) nur versetzt von der Ab­ sorption an dem absorbierten Wellenlängen-Teil aus dem Absorptionsspektrum vor der Lichtabsorption durch die Lichtabsorption.

Zwei Arten Porphyrin D₇, D₈, die PHB-Moleküle sind, werden dazu eingesetzt, nach einem Verfahren gemäß 6 in Fig. 3 mit zwei Methacrylamid-Polymeren, die makromolekulare Ketten sind, ein­ zeln fest verknüpft zu werden. Die Absorptions-Wellenlängen­ bereiche der optischen Absorptionsspektren von D₇, D₈ haben Peaks bei A₇ bzw. A₈, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Wenn Laserstrahlen mit 5 Wellenlängen von, beispielsweise, A_7-1, A_7-2, A_8-1, A_8-2 A_8-3 auf dieses optische Aufzeichnungs­ material zur Einwirkung gelangen, wird ein Spektrum mit an die­ sen Wellenlängen-Teilen fehlenden Absorptionen erhalten, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wodurch die mehrfache Aufzeichnung von In­ formationen in der Ordnung optischer Wellenlänge erfolgt (0, 0, - - -, 1, 0, - - -, 1, - - -, 0, 1, - - -, 0, - - -, 1, 0, - - -, 0, 1, - - -, 0), worin Teile fehlender Absorption durch 1 und der Rest durch 0 ausgedrückt sind. Mit dem das PHB-Material verwendenden optischen Aufzeichnungsmaterial werden etwa 1000 Informationen in einem PHB-Molekül mehrfach aufgezeichnet in der Größenordnung der Wellenlänge. Dementsprechend kann die mehrfache Aufzeichnung in der Größenordnung der Wellenlänge durch Verwendung mehrerer Arten von PHB-Molekülen noch weiter 2000 bis 10 000 mal erhöht werden. Wenn weiterhin die makro­ molekulare Kette, die zum Wirtsmaterial wird, durch das licht­ absorbierende Molekül vernetzt wird, wird die thermische Bewe­ gung des Material-Systems unterdrückt, wodurch die optische Aufzeichnung durch das PHB-Molekül sogar bei höheren Temperatu­ ren erzielt werden kann.

Als das das Lochbrenn-Phänomen zeigende Molekül können sämtli­ che bekannten Stoffe verwendet werden, darunter Chlor- Verbindungen, Porphyrin-Verbindungen, Phthalocyanin-Verbindun­ gen, Chinizarin-Verbindungen, Aminoacridin-Verbindungen, Perylen-Verbindungen, Alkalihalogenid-Verbindungen und derglei­ chen.

Als Makromoleküle mit der makromolekularen Kette, die mit sich die Moleküle als Aufzeichnungsglieder verknüpfen, können be­ kannte Makromoleküle verwendet werden, darunter Methacryl-Ma­ kromoleküle, Polycarbonat-Makromoleküle, Polyamid-Makromoleküle und dergleichen.

Die vorliegende Erfindung kann in Speichern in einem Computer- System und dergleichen verwendet werden.

Claims (3)

1. Optisches Aufzeichnungsmaterial, umfassend ein Aufzeich­ nungsglied, mit einer Aufzeichnungsschicht, welche aus wenig­ stens einer mit einem Polymer verknüpften photochromen Verbin­ dung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die photochrome Verbindung mit wenigstens zwei makromolekularen Ketten durch chemi­ sche Reaktion verknüpft ist.

2. Optisches Aufzeichnungsmaterial mit einer Aufzeichnungs­ schicht, welche aus einem mit einem Polymer verknüpften, einem Chromophor enthaltenden organischen Farbstoff besteht, welche in einem Wellenlängenbereich des optischen Absorptionsspektrums ein inhomogenes Band mit mehreren lokalen Resonanzen mit einer homogenen Linienbreite besitzt, in das mittels photochemischen Lochbrennens (photochemical hole burning PHB) Daten einge­ schrieben werden können, in dem mit der Frequenz der jeweils lokalen Resonanz und einer vorbestimmten Intensität Änderungen des Absorptionsspektrums im Bereich der lokalen Resonanz er­ zeugt werden und aus den Daten durch ein Abtasten der Aufzeich­ nungsschicht mit den lokalen Resonanzen und einer Intensität niedriger als die vorbestimmte Intensität beim Schreiben ausge­ lesen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Chromophor enthaltenden Farbstoffe an die Polymer­ fetten gebunden sind.

3. Optisches Aufzeichnungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei photochrome Verbin­ dungen oder Chromophor enthaltende Farbstoffe mit unterschied­ lichen optischen Absorptionsspektren an die Polymerketten ge­ bunden sind.