JP4100398B2 - 情報記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、光を用いて情報を記録、再生する情報記録媒体、情報記録方法、及び情報記録装置に関する。

光ディスクでは、記録媒体（ディスク）を記録再生装置から外せることと、記録媒体が安価であることが大きな特長になっている。従って光ディスク装置では、この特徴を失わずに高速・高密度化するのが望ましい。

記録膜に光を照射して情報を記録する原理は種々知られているが、そのうちで膜材料の相変化（相転移、相変態とも呼ばれる）など、熱による原子配列変化を利用するものは多数回書換え可能な情報記録媒体が得られるという長所を持つ。
例えば、特開２００１―３４４８０７号に記載されている通り、これら相変化光ディスクの場合の基本構成は基板上に保護層、ＧｅＳｂＴｅ系等の記録膜、保護層、反射層という構成からなる。

一方、記録膜に電界を印加した状態でレーザ光を照射することによって、相変化記録膜に情報の記録を行う、電界効果型光ディスクが知られている。これは、上下の電極間にＧｅＳｂＴｅ系などの相変化記録層をサンドイッチにした素子構造で使用される。この電界効果型光ディスクは、例えば、特開昭６３−１２２０３２号に記載されている。記録膜に電界がかかることにより、レーザー光照射だけよりも相変化（結晶化）が促進されることを狙ったものである。構成を図１に示す。光９はレンズ８で集光され、光入射側から、基板７、透明電極１、ＵＶ樹脂案内溝層２、記録膜３，断熱電極４，Ａｌ電極５，保護層６の層を有し、透明電極とＡｌ電極に電圧が印加される。この表面に案内溝を有するＵＶ樹脂層２は、比抵抗が１０６Ω・ｃｍの絶縁物であって、電界バッファ層としての機能と、案内溝を形成するための機能とを有している。

また、本願発明者らの論文：Ｍ．Ｔｅｒａｏ， Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｅ． Ｍａｒｕｙａｍａ ： Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅｍｏｒｙ： ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ Ｊ． ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４２， ｐｐ２３３−２３８ には、光伝導体と相変化記録膜を透明電極で挟み、この透明電極で電圧を印加しながら光を照射すると、光照射だけの場合に比べて２桁近く弱いレーザー光で記録できる実験結果が報告されている。 一方、有機材料を記録層とした光ディスクで実用化しているものには、ＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒが有る。これらは、記録光源の波長に吸収を有する色素を含む記録層と、それに接する基板表面をレーザー照射で変質させて記録を行う。

特開２００１―３４４８０７号公報

高速化が重要であるが、光ディスクはディスクを装置に着脱できるのと、記録媒体にプラスチック基板を用いて低価格であるのが特徴であるから、ディスクの外周部の上下振れや偏心は避け難い。上下振れや偏心は回転数を上げると高周波となるので、オートフォーカスやトラッキングの追従が困難となる。従って装置の機械的振動追従の限界を越えて高速化するには、特に影響が出やすい記録時に、記録媒体がトラッキングズレなどに寛容である必要がある。

本願発明者らの上記ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ Ｊ． ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４２の論文の技術、及び、特開昭６３−１２２０３２号に記載の電界効果型媒体では、ランド部もグルーブ部もほぼ同じ電圧、同じ光吸収となるため、ランド、グルーブのどちらか一方だけ記録しやすい状況にはない。従ってトラッキング外れに対する許容度は大きくなく、十分な高速記録を行えない。一方、ＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒもランド部とグルーブ部分の光吸収に実質的な差は無く、電流による記録の補助も困難である。

本発明の目的はこれらの問題点を解決し、安定な大容量超高速記録を達成することにある。

上記の問題点を解決するための本発明の構成を以下に述べる。

ただし、本発明では、基板の凹部で溝となっている部分をグルーブと呼ぶ。グルーブとグルーブの間をランドと呼ぶ。光が基板を通して膜に入射する場合は、入射側から見てグルーブは凸に見える。このため、光を基板と反対の側から入射させる方式でも、同様に入射側から見て凸となっている側がグルーブと呼ばれる場合も有る。この部分は、基板だけに注目したときは凸部であってグルーブとグルーブの間のランド部分であるから、この呼び方は本発明の定義とは逆ということになる。ランドとグルーブの一方だけに記録する、いわゆるイングルーブ記録の場合、光入射が基板側からの場合も基板と反対側からの場合も光入射側から見て凸部に記録した方が記録特性が良い場合が多いが、大きな差ではないので光入射側から見て凹部に記録しても良い。
本発明の構成は、具体的には、以下のとおりである。
（１）基板上に、第１の電極、エレクトロクロミック材料、第２の電極が設けられ、第１の領域ではエレクトロクロミック材料層が発色し、第２の領域ではエレクトロクロミック材料層が発色しない構成とする。ここで、第１の領域はランド部、第２の領域はグルーブ部に相当し、第１または第２の領域だけに光吸収することから、記録されやすい範囲が特定される。従って、光スポットの位置や集光度が多少変わっても同じように記録され、ＡＦ，トラッキングのズレに寛容で、高速記録が可能となる。さらに、高密度記録を達成できる。

ここで、この構成を図２に示す。ここでは、理解しやすくするため、光は図面の上側から入射するように図示した。媒体は、光入射側から、基板１７，保護層１１，第１の電極（透明電極）１２、エレクトロクロミック材料層１３，第２の電極１４、ＵＶ硬化樹脂層１４、保護基板１６から構成され、１８はグルーブ部、１９はランド部に相当する。記録層（エレクトロクロミック材料層）と第１の電極または第２の電極との間に他の層、例えば薄い絶縁物層や界面層と呼ばれる層が介在してもよい。厚さは２０ｎｍ以下が望ましい。

あるいは、基板上に、第１の電極と、第１の電極上に貫通する開口部を有する絶縁膜と、その開口部から絶縁膜上にわたって形成された、情報を記録する記録膜と、その記録膜上に形成された、第２の電極とを有する構成とする。ここで、ランド部とグルーブ部の一方は、絶縁膜の開口部となっており、ランド部とグルーブ部の他方は、絶縁膜が形成された領域となるようにする。そうすると、グルーブ部（またはランド部）だけが絶縁層の開口部となっていて上下の電極が近接し電流が流れるが、一方で、ランド部（またはグルーブ部）には絶縁層が設けられていてほとんど電流が流れない。従って、電流の流れる範囲が限られ記録されやすい範囲が限定される。

従って、光スポットの位置や集光度が多少変わっても同じように記録され、ＡＦ，トラッキングのズレに寛容で、高速記録が可能となる。さらに、高密度記録を達成できる。

エレクトロクロミック記録層と第１または第２の電極との間に相変化記録層（たとえばＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の層）を設けても良い。光入射側と反対側に設けるのが光学的により好ましい。この場合、エレクトロクロミック層は記録しきい値が高いもの、相変化記録層にはＳｂ４Ｔｅ３Ｓ２など硫黄を含む低融点のものを選んで相変化記録層にのみ記録が起こるようにするか、エレクトロクロミック層を除去してもよい。

（２）また、図３の通り、第１または第２の電極２２と記録膜２４との間に、光導電体層２３を設けた構成としても良い。光導電体層は記録膜より光入射側の電極寄りに設けるのが良い。この場合には、光照射によって光導電体層２３で発生したフォトキャリアが移動することによって光導電体層の抵抗が下がり、記録層２４にかかる電圧と電流が急激に増大し、光照射部分の記録層の温度が上昇する。これにより記録層を記録状態にする。キャリアをアバランシェ増倍効果により増加させてもよい。このように、光導電体膜を設けると高密度電流を記録膜に流すことができるため、光照射のエネルギーを小さくできる。エレクトロクロミック材料層が光導電体層を兼ねても良い。

但し、記録層が光導電体層を兼ねている、あるいは、記録層が温度上昇により電気抵抗が低下するタイプのものであってもよい。Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅなどのカルコゲナイド材料やポリチオフェンなどの有機導電性材料が温度上昇により電気抵抗が低下するタイプに該当する。なお、図中、２１は保護層、２２は透明電極、２５は絶縁体層、２６は第２の電極。２７は張り合わせ基板である。ＵＶ接着剤層はここでは省略している。

（３）円形の情報記録媒体を用い、第１、第２の電極に電流を供給するために、情報記録媒体の半径方向に細長く、第１の電極及び第２の電極に電流を供給するための第３の電極を設けると良い。このように第３の電極を設けると、外周まで同じ電圧を印加できる。

（４）第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加しながら光を照射し、光照射が終わった後にも電圧を印加すると良い。第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加しながら光を照射すると、図８に示したように、照射した場所付近の電流が増大する。そして、光照射が終わってからも電圧を印加し続けた場合、励起キャリアの減少や記録膜自身の融解や、原子・分子配列の乱れや分解による抵抗増大で自動的に電流が低下し、元の電流値に戻った後には記録層の状態変化が観測される。これにより、ディスク状媒体の場合、内周でも外周でも記録のための通電・加熱時間がほぼ同じになるため、ＣＡＶ（ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｇｕｌａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）記録にも適合しやすい。また、記録媒体全体に電流が流れて大電流となり、電流を供給しきれないことや、記録膜の状態変化や損傷領域が大きくなりすぎることを防止できる。このためには、装置としては、電圧だけで記録が起きる電圧の８０％以下に印加電圧を抑える制御回路を設ければよい。

（５）第１の電極と第２の電極のうち、少なくとも一方の電極を複数に分割して形成すると良い。放射状に複数に分割すればＣＡＶ（ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｇｕｌａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）記録にも適合しやすく、電極間容量を小さくできるので応答速度を向上できる。

（６）本願発明は、更に記録密度の向上を図るため、多層記録も好適である。
従来の媒体では、実効的記録密度（実効的面密度）を高めるには多層化が望ましいが、３層以上では各層の透過率と記録感度とがトレードオフの関係にあり、再生信号品質か記録感度か、どちらかが犠牲にならざるを得なかった。透明有機材料に厚さ方向も含めて３次元記録するものも知られているが、２光子吸収を利用するものでは記録感度が非常に悪く、光重合を利用するものでは保存安定性と記録感度が悪い。

しかしながら、本願では、記録層を２層以上設け、光入射側から最も遠い記録層以外の記録層は、両側を透明電極で挟むことによって、各層の透過率が高くなるため、記録感度も再生信号品質も共に向上できる。

そして、記録層が２層以上ある多層記録の場合、光入射側から最も遠い記録層以外の記録層は、記録層を挟む電極間に電圧を印加すると記録用あるいは読み出し用レーザー光の吸収率が増大するようにするのが好ましい。これにより、他の層の干渉が無いのですべての層を絞込みレンズの焦点深度内に配置することもでき、従来の複数層ディスクより多層・大容量化できる。このようにするためには、記録層、あるいは記録層に隣接する層として、有機または無機のエレクトロクロミック材料またはエレクトロルミネッセント材料とフォトクロミック材料との混合材料層あるいは積層膜を用いれば良い。これにより任意の層だけ光吸収し、他の層はほとんど光吸収が無いようにできる。もちろん、一部の層が焦点深度内に入らず、焦点位置を動かして記録・再生してもよい。その場合、多層積層するとアドレス情報を表わすピットや溝が変形する場合が有るが、場合によってはピットや溝を転写した層を再度設けることにより、移動した焦点位置で焦点深度内の少なくとも一部の層のアドレスが読めるようにしておく必要が有る。エレクトロクロミック材料としては、例えば酸化タングステン、チオフェン系有機分子の重合体が挙げられる。

さらにエレクトロクロミック材料としては、産業図書（株）平成３年６月２８日初版発行の「エレクトロクロミックディスプレイ」に述べられている各種材料など、現時点で論文発表されている多くのエレクトロクロミック材料が使用可能である。

（７）そして記録の際は、上記（１）の媒体に対し、記録線速度１５ｍ／ｓ以上の条件でも記録レーザーパワーを０．２ｍＷ以上２ｍＷ以下に設定することも可能となる。このように高感度化することにより、高線速度記録の場合でも、また、記録媒体上の複数の場所に同時に光照射を行う手段として、アレイレーザーや面発光レーザーを用いた場合でもパワー不足とならずに高い転送速度を実現できる。また、消去領域もパルス状光照射を行い、パルス幅を記録マーク形成用パルスより広くするのも良い。これにより、消去領域でも消去幅が広くなり過ぎずに良好な書換えが行える。記録媒体の複数の電極対に対し、少なくとも２対同時に電圧を印加しても良い。これは、低い維持電圧を印加しておかないと色が変化する材料を用いた場合に必要となる。

そして記録層を複数有する記録媒体を用い、多くの電極対間に電圧を印加するが、記録または、消去、または読出し時に、それらを行う層の両側の電極間だけに他の電極間とは異なった電圧を印加するようにしても良い。

（８）装置としては、ディスク回転モーターの回転軸または回転軸に取付けられたディスク受け部品の、ディスク中心穴と接する部分に複数の電極が配置され、ディスク取り付け時にディスクの中心穴部の所定の各電極と相対するように位置決めする手段、および回転軸側電極とディスク側電極が接触する手段とを設ける。これによって、各電極に所定の電圧を印加することができる。

そして、ディスクがセットされる高さの部分に複数に分割された電極が付加されているディスク回転モーターの回転軸または回転軸に取付けられたディスク受け部品の側面の円周方向の少なくとも１ヶ所に、上下方向にテーパーの付いた突起が設けられていることを特徴とする情報記録装置とする。これによってディスクの回転方向の位置決めができて多層の電極に正確に給電することができる。

本発明は２．６ＧＢ ＤＶＤ−ＲＡＭの規格以上の記録密度（トラックピッチ、ビットピッチ）の場合に効果を発揮し，４．７ＧＢ ＤＶＤ−ＲＡＭの規格以上の記録密度の場合に特に効果を発揮する。光源の波長が６６０ｎｍ付近でない場合や、集光レンズの開口数（ＮＡ）が０．６でない場合は、これらから半径方向，円周方向ともに波長比、ＮＡ比で換算した記録密度以上で効果を発揮する。

なお、本明細書では、結晶一非晶質間の相変化ばかりでなく、融解（液相への変化）と再結晶化、結晶状態一結晶状態間の相変化も含むものとして「相変化」という用語を使用する。

また、本発明においてエレクトロクロミック材料層とは、電圧印加（電流が流れる）によって直接発色する（吸収スペクトルが変化する）材料の層という通常の定義のほかに、電圧印加（電流が流れる）によって発光する領域とその光を受けて発色または消色する領域を有する層も含むものとする。

また、本発明のエレクトロクロミック材料が導電性を持つとは、直径８０ｍｍ以上のディスクの第１と第２の電極間に２Ｖの電圧を印加した時、０．１ｍＡ以上の電流が定常的に流れることで定義する。

本発明の情報記録媒体では、高電界が印加される範囲が狭いので、オートフォーカス，トラッキングのズレに寛容で高速回転が可能であり、高速記録、高密度記録が可能となる。
また、従来より大幅に多層化可能であり、実効的記録密度を上げ、記録媒体１枚あたりの記録容量を大幅に大容量化できる。

（実施例１）

（構成、製法）
図４と図５は、この発明の第１実施例のディスク状情報記録媒体の構造を示す図である。図４はディスクの１／４の構造図を示し、図５は、さらにその１部分の拡大図を示す。図４の上部の放射状透明電極は、同じ形状のものがディスク面を埋め尽くすように多数有るが、そのうち２本だけを描いている。記録・再生光は上方から基板を通して入射するが、図では最上部の基板は省略している。図５にはディスクの一部の拡大図を示す。図５でも、わかりやすくするために最上部の基板と絶縁物層を省略して描いている。図５中、符号４５は反射型電極、符号４３は記録層、符号４４は絶縁層、符号４２は光導電体層、符号４１は透明電極である。なお、符号４６と５０は光スポット、４７はグルーブ部、４８はランド部である。通常は光スポットから見て凸の、グルーブと呼ばれる部分に記録・再生する場合が多いが、本実施例ではランド部に記録する場合を示す。図５の手前に見えている切り口は、図４のＡ−Ａ’ 断面の１部であり、図５の上部の電極の切れ目は、図４の放射状電極の間の隙間に対応している。Ａ−Ａ’ 断面の全体は、既に示した図３のようになっている。

この媒体は次のようにして製作された。まず、図６に示すとおり、直径１２ｃｍ、厚さ０．６ｍｍで表面にトラックピッチが０．４５ミクロンで深さ２３ｎｍのイングルーブ記録（ここでは光スポットから見てランド記録）用のトラッキング用の溝（幅０．２５ミクロン）を有し、溝のウォブルによってアドレスが表現されたポリカーボネイト基板５７上に、（Ｉｎ２Ｏ３）９０（ＳｎＯ２）１０の組成の透明電極（ＩＴＯ）５２を膜厚３０ｎｍに形成した。基板表面への溝パターンの転写は、原盤のフォトレジストにメッキしたニッケルマスターから一度転写したマザーを用いて行った。フォトレジストに露光した溝がランドに対応するようにするためである。図６は基板上に製膜してゆくプロセスを示しているので、図４および図５とは上下が逆になっているので注意。さらに光導電体層であるＡｓ３Ｓｅ９７の層５２を厚さ５０ｎｍに形成した。次にＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ記録層５４を平均膜厚１０ｎｍに形成した。この透明電極はマスクをしてスパッタリングで形成することにより、記録セクターに対応して放射状の２０の領域に分離されている。次に絶縁層５５であるＳｉＯ２層を１２０ｎｍ形成した。次に図６の最上部に示したようにアクリル樹脂層５６を平均膜厚２５ｎｍに塗布し、波長２５４ｎｍの紫外光を照射してランド部上の相対的に薄い樹脂層が無くなるまでエッチングした。この後、リアクティブイオンエッチングを行うと、ランド部上のＳｉＯ２層を除去し、記録層５３を露出させることができた。すなわち、絶縁層に貫通する開口部を作ることができた。このように一部の層の膜厚をランドとグルーブで変えてランドとグルーブの一方で記録感度を高くし、トラッキングやＡＦズレに対する許容度を高めることは、電圧印加を行わず、光だけで記録する記録媒体の場合も効果が有る。次に、アクリル樹脂をプラズマアッシャーでほぼ完全に除去した。このようにして、図３の構成を得た。本実施例の記録媒体では絶縁層の有り無しで電極間に挟まれた部分の総膜厚に２倍以上の差が有り、ＳｉＯ２層の抵抗値は他の層の抵抗値より大きいので、電極間の全層の抵抗値は開口部と開口部以外の部分で１：２以上の比となっている。記録層が相変化記録層である場合には、既知の、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、Ｇｅ５Ｓｂ７０Ｔｅ２５などのＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系記録材料や、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系記録材料を用いた。記録層が実施例２で詳しく述べるポリチオフェン系などのエレクトロクロミック材料であってもよい。次にＷ８０Ｔｉ２０膜よりなる反射層兼第２の電極層４５を膜厚５０ｎｍに形成した。積層膜の形成は、マグネトロン・スパッタリング装置を用いて行った。

透明電極のシート抵抗の影響や、グルーブの凹凸の角の部分で透明電極に膜厚の薄い部分ができることの影響で、外周部に電圧がかかりにくくなることを防ぐために、基板上に透明電極を付ける前に、放射状透明電極より幅の狭い、半径方向の平均の幅が約１００ミクロン、膜厚５０ｎｍから２００ｎｍの内周から外周に向かう細い金属（ＡｌやＡｇが好ましい）電極３９，４０を、各放射状透明電極について１本または２本ずつ設けるのが、より好ましい。この電極は、記録媒体にマスクを付けてスパッタリングによって形成した。記録・再生はこの電極の部分を避けて行う。

本実施例とは逆に光スポットから見てグルーブに見える状態で記録するには、透明電極と反射層兼電極を逆にし、張り合わせ基板側から光を入射させればよい。この場合、基板の成形はマザーでなく、ニッケルマスターを用いて行った。またこの場合、張り合わせ基板を０．１ｍｍ程度に薄くして、絞込みレンズのＮＡを０．８５と大きくしても良い。そうすればトラックピッチは約３／４の０．３３ミクロン程度にできる。

なお、ここでは、光導電体層を用いた例を示したが、記録膜が光導電体層を兼ねる場合には、光導電体層を設けず、例えばエレクトロクロミック材料層一層あるいは相変化記録層一層でも良い。このような場合、絶縁層も必要無く、断面構造は図２に示したようになる。エレクトロクロミック材料層については実施例２で詳しく述べるが、ここではポリチオフェン系材料を用いた。実施例２で述べる他の材料も使用可能である。エレクトロクロミック材料層は実施例２で詳しく述べるように中味は３層からなっており、塗布または真空蒸着または電界重合で付けるが、そのうち少なくとも分子量の比較的大きいポリマー層は塗布によって形成するので、図２からわかるように基板のランド部では膜厚が薄くなり、グルーブ部では厚くなる。エレクトロクロミック材料層は透明電極層と電極層との間に電圧をかけることによって発色するが、ランド部の方が電極間距離が小さいため早く発色する。電圧を印加してランド部が発色し、グルーブ部はまだ十分発色しない時間後、電圧を切るか、電圧を下げて発色が進まず、状態をほぼ維持する低い電圧に制御すると、ランド部だけ光吸収が大きいので、記録時や読出し時にディスク回転数が速いなどの理由でトラッキングオフセットが生じても、記録や読出しはほぼ正確に行えるという効果が有る。

なお、記録層と光導電体層との間には相互拡散・反応を抑制するため、導電体層（金属層や透明電極層）を極めて薄く設ければ、繰返し書換え時に信頼性が増す。ただし、光導電体層で発生したフォトキャリアが突き抜けるように、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の平均膜厚にする必要がある。縞状や網目状の不連続膜であっても良い。例えば記録層と光導電体層との間に厚さ５ｎｍのＷ８０Ｔｉ２０電極層を設けると、界面での電位の均一化、書換え時の記録層と光導電体層との間での相互拡散を防止して書換え可能回数を１桁向上させることができた。

透明電極は複数の扇形透明電極に分離せず、ディスク全体が一電極でもよい。
ただし、分離した方が電極間容量が小さくなるので、電圧の立上り、立下りが早くなって好ましい。発色、消色に要する時間と電流が実用的な範囲であるために電極間容量は０．１Ｆ以下が特に望ましいが、素子の特性が良好であるためには、０．０１Ｆ以上となる構造とするのが良い。透明電極は複数の扇形電極に分離せず、金属電極の方を分離してもよい。また、上下の両電極を分離してもよい。
この場合、上下の電極の切れ目の位置は一致していても良いが、一致していなくてもよい。

反射層兼電極と上記透明電極には、それぞれの最内周部に引き出し電極を設け、この引出し電極はディスク最内周部まで達しており、図４に示すように、記録再生装置のディスク回転軸上のそれぞれ別の電極に接続するため、ディスク中心穴の端面の複数の電極３５、３６に接続されている。図７に示したように、ディスク受け用円板６８を貫通するディスク回転モーターの回転軸６１の側面のディスクがセットされる高さの部分には、実施例２で述べるような多層ディスクの場合５層までに対応できるように６個の分離した電極が接着されており（図では電極６個中３個６５、６６、６７を示している）、また、回転軸の円周上の一ヵ所では上下方向にテーパーのついた突起７０または凹部があり、ディスクの中心穴の一ヵ所の凹部または凸部とのはめ合いで位置決めでき、所定の電極同士が接触する。ディスク回転軸の各電極には複数のブラシとリング６２，６３，６４との組み合わせにより、記録装置の回路基板より給電される。給電方法は他の方法を用いても良い。

なお、上記ディスク部材の膜表面には紫外線硬化樹脂を塗布して、，同じ形状のもう一枚の基板と貼り合わせ、ディスク状情報記録媒体を得た。

また、記録・再生レーザー光は、基板側から入射させた。最後に付ける電極層を透明電極とし、透明電極側、すなわち張り合せ基板側からレーザー光を入射させても良い。ただし、この場合、反射率が約１０％となり、読出しのコントラスト比が得られるように記録膜膜厚を決めた。

（初期結晶化）
前記のようにして製作したディスクの相変化記録層には次のようにして初期結晶化を行った。ディスクを回転させ、スポット形状が媒体の半径方向に長い長円形の半導体レーザ（波長約８１０ｎｍ）のレーザ光パワーを８００ｍＷにして基板２８を通して記録層２４に照射した。スポットの移動は、媒体の半径方向のスポット長の１／４ずつずらした。こうして、初期結晶化を行った。この初期結晶化は１回でもよいが２回繰り返すと初期結晶化によるノイズ上昇を少し低減できた。

（記録・消去・再生）
上記記録媒体に対して、情報の記録再生を行った。以下に、図９を用いて、本情報記録再生の動作を説明する。まず、記録再生を行う際のモーター制御方法としては、記録再生を行うゾーン毎にディスクの回転数を変化させるＺＣＡＶ（Ｚｏｎｅｄ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｌｉｎｅａｒ Ｖｅ１ｏｃｉｔｙ）方式を採用したものについて述べる。

記録装置外部からの情報は８ビットを１単位として、８−１６変調器８−８に伝送される。情報記録媒体（以下、光ディスクと呼ぶ）８−１上に情報を記録する際には、情報８ビットを１６ビットに変換する変調方式、いわゆる８−１６変調方式を用い記録が行われた。この変調方式では媒体上に、８ビットの情報に対応させた３Ｔ〜１４Ｔのマーク長の情報の記録を行っている。図中の８−１６変調器８−８はこの変調を行っている。なお、ここでＴとは情報記録時のクロックの周期を表している。ディスクは光スポットとの相対速度が１５ｍ／ｓの線速度となるよう回転させた。

８−１６変調器８−８により変換された３Ｔ〜１４Ｔのデジタル信号は記録波形発生回路８−６に転送され、マルチパルス記録波形が生成される。

この際、記録マークを形成するためのパワーレベルを５ｍＷ、記録マークの消去が可能な中間パワーレベルを２ｍＷ、パワーを下げたパワーレベルを０．１ｍＷとした。記録マーク形成のレーザーパワーは、印加電圧を上げてゆくと下げることができ、０．５ｍＷ以上５ｍＷ以下の範囲で良好な記録が行えた。線速度を１５ｍ／ｓから変えても、この範囲に大きな変化は無かった。読出しは、電圧を印加せずに１ｍＷで行う。０．２ｍＷ以上２ｍＷ以下の範囲で実用的な読出しが行えた。２ｍＷを越えるパワーで長時間読むと、記録されているデータの劣化が生じた。また、上記記録波形発生回路内において、３Ｔ〜１４Ｔの信号を時系列的に交互に「０」と「１」に対応させるようにしている。この際、高パワーレベルのパルスが照射された領域は非晶質（マーク部）に変化する。また、上記記録波形発生回路８−６内は、マーク部を形成するための一連の高パワーパルス列を形成する際に、マーク部の前後のスペース部の長さに応じてマルチパルス波形の先頭パルス幅と最後尾のパルス幅を変化させる方式（適応型記録波形制御）に対応したマルチパルス波形テーブルを有しており、これによりマーク間に発生するマーク間熱干渉の影響を極力排除できるマルチパルス記録波形を発生している。

記録波形発生回路８−６により生成された記録波形は、レーザー駆動回路８−７に転送され、レーザー駆動回路８−７はこの記録波形をもとに、光ヘッド８−３内の半導体レーザーを発光させる。

本記録装置に搭載された光ヘッド８−３には、情報記録用のレーザービームとして光波長４００ｎｍの半導体レーザーが使用されている。また、このレーザー光をレンズＮＡ０．６５の対物レンズにより上記光ディスク８−１の記録層上に絞り込み、レーザービームを照射することにより情報の記録を行った。

また、相変化記録層の場合、媒体の反射率は結晶状態の方が高く、記録され非晶質状態になった領域の反射率が低くなっている。レーザー光照射による記録の間、記録層の上下の電極間には５ボルトの電圧が継続的に印加される。パルスレーザー光照射によって、光導電体であるＳｅ−Ａｓの層にはフォトキャリア（電子、正孔対）が発生し、電気抵抗が低下するので、この部分の記録層にかかる電圧が増大し、記録層中に電流パスが形成され、電流のジュール熱によって記録層に融点を越える領域が形成される。融解後、この領域は電気抵抗が増大するので電流パスが消滅し、冷却されて非晶質状態になる。これによって記録層の屈折率と消衰係数も変化するので、光学的に信号を読出し可能である。情報信号に従ってこのパルスレーザー光照射を繰り返してゆけば、非晶質記録マーク列が形成される。記録を高速で行うと、レーザー光照射位置は高速で移動して行き、図８に電流の時間的変化を示したように、照射後も記録層が融解して高抵抗になるまで電流は流れ続けるので、複数の場所に同時に電流が流れ、先に流れ始めた場所から順次電流が止まって行く。

このようなメカニズムで記録が行われるので、光スポットの通過時間は記録トラックの半径によって異なるが、電流が流れる時間は半径によらずほぼ一定になる。従って、通常相変化光ディスクでは難しい一定回転数（ＣＡＶ）での記録が容易である。分離した透明電極には、光スポットが照射されている領域の電極に順次電圧を印加してゆく。

高感度であるから複数光スポット同時記録ができ、また、光吸収量が少なくてよいので高反射率あるいは高透過率にでき、読出しが高Ｓ／Ｎで行える。また、読出し時には電圧を印加しないようにすれば、高い読出しパワーで読出しができるので高いＳ／Ｎが得られる。

本実施例の記録媒体構造では、グルーブの部分だけで上下の電極が近接しているため、記録膜に高電界がかかる範囲が狭い。従って、光スポットの位置や集光度が多少変わっても同じように記録され、ＡＦ，トラッキングのズレに寛容で、光に対して高感度であるだけでなく、この面でも高速回転記録に適している。

本実施例の記録媒体では、記録マークとそれ以外の部分とで約２：１の光反射率のコントラスト比が得られた。コントラスト比がこれ以下になると、再生信号のノイズによる揺らぎが上限値の９％を越えてしまい、実用的な再生信号品質の範囲を外れる。透明電極にＳｉＯ２を含有させて（ＳｉＯ２）４０（Ｉｎ２Ｏ３）５５（ＳｎＯ２）５とすると、屈折率が低下して光学的に有利になり、コントラスト比は２．５：１以上にできた。

上記のような記録原理であるから、同一、または別々の記録トラックに、単一の光ヘッドからまたは複数の光ヘッドから複数の光スポットを形成し、同時に記録することも容易に行える。

消去は、印加電圧を下げ、レーザー光を連続照射することによって非晶質領域を結晶化させて行う。消去もパルスレーザー照射を行い、どの記録パルスよりも広いパルスを繰りかえして消去しても良い。
また、本記録装置はグルーブとランドのうちランドに情報を記録する方式（いわゆるイングルーブ記録方式の変則版）に対応している。

記録された情報の再生も上記光ヘッドを用いて行った。レーザービームを記録されたマーク上に照射し、マークとマーク以外の部分からの反射光を検出することにより、再生信号を得る。この再生信号の振幅をプリアンプ回路により増大させ、８−１６復調器８−１０では１６ビット毎に８ビットの情報に変換する。以上の動作により、記録されたマークの再生が完了する。
以上の条件でマークエッジ記録を行った場合、最短マークである３Ｔマークのマーク長は約０．２０μｍ、最長マークである１４Ｔマークのマーク長は約１．９６μｍとなる。記録信号には、情報信号の始端部、終端部に４Ｔマークと４Ｔスペースの繰り返しのダミーデータが含まれている。始端部にはＶＦＯも含まれている。

（マークエッジ記録）
ＤＶＤ−ＲＡＭおよびＤＶＤ−ＲＷには高密度記録が実現できるマークエッジ記録方式が採用されている。マークエッジ記録とは、記録膜に形成する記録マークの両端の位置をディジタルデータの１に対応させるもので、これにより、最短記録マークの長さを基準クロック１個でなく２〜３個分に対応させて高密度化することもできる。ＤＶＤ−ＲＡＭでは８−１６変調方式を採用しており、基準クロック３個分に対応させている。マークエッジ記録方式は、円形記録マークの中心位置をディジタルデータの１に対応させるマークポジション記録に比べると、記録マークを極端に小さくしなくても高密度記録できるという長所がある。ただし、記録マークの形状歪みが小さいことが記録媒体に要求される。

（ＺＣＬＶ記録方式、ＣＡＶ記録方式）
相変化記録媒体では、記録波形を変えない場合、良好な記録再生特性を得るのに結晶化速度に対応した最適線速度で記録するのが望ましい。しかし、ディスク上の半径の異なる記録トラック間をアクセスする時、線速度を同じにするために回転数を変えるのには時間がかかる。そこでＤＶＤ−ＲＡＭでは、アクセス速度が小さくならないようにディスクの半径方向を２４のゾーンに分け、ゾーン内では一定回転数とし、別のゾーンにアクセスしなければならない時だけ回転数を変えるＺＣＬＶ（Ｚｏｎｅｄ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｌｉｎｅａｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）方式を採用している。この方式では、ゾーン内の１番内周のトラックと一番外周のトラックで線速度が少し異なるので記録密度も少し異なるが、ディスク全域にわたってほぼ最大の密度で記録することができる。

一方、半径方向に大きくアクセスしても回転数を変えなくても良い点では回転数一定のＣＡＶ記録方式が好ましく、回転数を変える際の電力消費を抑制できるのでモバイル機器にも適している。本発明は既に述べたように半径方向位置によらず一定の加熱時間が得られるので、ＣＡＶ記録も容易にする効果が有る。

再結晶化の防止も重要である。記録時の記録膜融解後の周辺部からの再結晶化で非晶質記録マークとして残る部分が狭まる場合は所定の大きさの記録マークを形成するのにより広い領域を融解させる必要が有り、隣接トラックの温度が上昇しやすくなるからである。本発明では透明電極の熱伝導率が低いので、面内方向の熱拡散が少なく、再結晶化も防止できる。記録マーク形成時に中央部の熱が横方向に拡散して融解領域周辺部の冷却が遅くなり、結晶化しやすくなるのを防げるからである。
（トラッキング余裕）
本実施例では、ランド部では上部電極と記録膜が直接接しており、グルーブ部では間に絶縁層であるＳｉＯ２層が入っているので、ランド部とグルーブ部の電極間距離の比は６０：１８０、すなわち１：３である。通常はディスクの内径、外径の偏心によりトラッキングオフセットが発生し、回転数を上げるほどオフセットが大きくなるが、本発明の場合、ランド領域だけで電極・記録膜が接するか、発色が起き、発熱が大きくなる構造であるから、記録のオフセットは縮小された。電極との間に界面層を設ける場合は、例えば界面層の厚さを５ｎｍとすると、ランド部とグルーブ部の電極間距離の比は、６５：１４５である。距離の比と、トラッキングオフセットが通常の上限値を越えてトラックピッチの１／１０のとき、隣接トラックの既記録領域が部分的に消去されて信号レベルが低下してしまうクロスイレーズとの関係は、図１０に示したように以下の通りである。
電極間距離の比 信号レベル低下量
１：３ −０．１ｄＢ
１：１．５ −０．５ｄＢ
１：１．４ −１ｄＢ
１：１．３ −２ｄＢ
１：１．１ −３ｄＢ
１：１．０５ −４ｄＢ
上記から、距離の比は１：１．１以上であるのが好ましく、１：１．４以上であればさらに好ましい。また、電圧印加を行わず高パワーの光照射だけで記録する場合も同様な効果が有った。

（記録層）
記録層材料としては、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５，Ｇｅ４Ｓｂ２Ｔｅ７、Ｇｅ５Ｓｂ７０Ｔｅ２５などの組成のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系材料や、Ａｇ４Ｉｎ６Ｓｂ６５Ｔｅ２５などの組成のＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系材料など、光ディスクで知られている各種材料が、要求される記録速度や他の特性に応じて使用可能である。記録メカニズムは、相変化のほか、多数回書換え可能ではなくなるが、記録層（エレクトロクロミック材料層や相変化材料層など）自身の穴形成や、発色能の破壊、色の変化、隣接する光導電体層や基板の変化・変形でも良い。

多数回書換えが要求されない用途には有機材料も使用可能であって、実施例２で詳しく述べる各種有機導電性材料や、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ−Ｒで用いられる必ずしも導電性の高くない色素や、フォトクロミック色素やその他の既知の色素が使用可能である。これらの場合、記録メカニズムとしては、光および／または電流の作用による有機材料自身および／または光導電体層および／または基板表面の構造変化による光学的変化、または穴形成を利用する。導電率が高くない材料の場合は、最初から膜に顕著な穴があかない範囲で膜厚を薄くする必要がある。

（光導電体層）
光導電体層としては、上記のＡｓ−Ｓｅ系材料のほか、高温熱処理が必要なため基板材質が制約されるがＣｄＴｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅなどの既知の無機光導電性材料、実施例２で詳しく述べるポリチオフェンなどの既知の各種有機導電性材料も、着色した状態で光導電材料として使用することができる。
（界面層）
結晶核形成速度と結晶成長速度を増大させ、結晶化速度を速くさせるために、好ましくは、記録膜と電極との間に、界面層を設ける。界面層の材料としては，下記より成るグループ、すなわち、Ｔａ２Ｏ５などのＴａ酸化物、Ｃｒ２Ｏ３などのＣｒ酸化物、Ａｌ２Ｏ３などのＡｌ酸化物，ＳｉＯ２などのＳｉ酸化物，ＧｅＯ２などのＧｅ酸化物，ＳｎＯ２などのＳｎ酸化物，ＺｒＯ２などのＺｒ酸化物，Ｃｏ，Ｎｉの酸化物、Ｃｒ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｂ，Ｈｆの窒化物うちの、単独、または２者以上の混合物，が好ましい。この中で、Ｃｒ２Ｏ３は多数回書き換え時の反射率レベルの変動を５％以下に押さえられ、ジッターを減少でき、より好ましい。ＣｏＯ，Ｃｒ２Ｏ，ＮｉＯは初期結晶化時の結晶粒径が均一になり、書き換え初期のジッター上昇が小さくより好ましい。また，Ａ１Ｎ，ＴａＮ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＢＮ，ＣｒＮ，Ｃｒ２Ｎ，ＧｅＮ，ＨｆＮ，あるいはＳｉ３Ｎ４、Ａ１−Ｓｉ−Ｎ系材料（例えばＡ１ＳｉＮ２）、Ａｌ−Ｔｉ−Ｎ系材料，Ｓｉ−Ｔｉ−Ｎ系材料，Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料や、これら窒化物の混合物も接着カが大きくなり、外部衝撃による情報記録媒体の劣化が小さく、より好ましい。また、Ｃｒ８０Ｇｅ２０などのＣｒ−Ｇｅ系材料や、ＣｒとＧｅの酸化物あるいは窒化物が６０ｍｏ１％以上含まれていると保存寿命が向上し、高温高湿の環境におかれても高性能の記録媒体を維持できる。

（電極材料）
電極材料として好ましいものは、用途によって異なる。多数回書換えを要求される場合は、タングステン、またはモリブデン、あるいはその少なくともいずれかを含み、チタンなどの他の金属元素を５０原子％未満含むものが好ましい。

一方、１回だけ記録する追記型や少数回の書換えでよい場合は、光学特性や熱拡散率を重視した、光ディスク用に好ましい金属を電極として用いるのが良い。
反射率と熱伝導率が高い金属層は，ＡｌあるいはＡｌ合金の場合，Ｃｒ，Ｔｉなどの添加元素が４原子％以下の高熱伝導率材料であるのが，基板表面の温度上昇を防止する効果があって好ましい。次いで，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｄｙ，Ｃｄ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｖの元素単体、またはＡｕ合金，Ａｇ合金，Ｃｕ合金，Ｐｄ合金，Ｐｔ合金，Ｓｂ−Ｂｉ，ＳＵＳ，Ｎｉ−Ｃｒ，などこれらを主成分とする合金、あるいはこれら同志の合金よりなる層を用いてもよい。このように、電極兼反射層は、金属元素、半金属元素、これらの合金、混合物、からなる。この中で、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ単体あるいはＣｕ合金、Ａｇ合金、特にＰｄ，Ｃｕなどの添加元素が８原子％以下のもの、Ａｕ合金等のように熱伝導率が大きいものは、有機材料の熱劣化を抑制する。透明電極の材料としては、（Ｉｎ２Ｏ３）ｘ（ＳｎＯ２）１−ｘの組成で、ｘが５％から９９％の範囲の材料、抵抗値の面でより好ましくは、ｘが９０％から９８％の範囲の材料、これにモル％で５０％以下のＳｉＯ２を添加したもの、ＳｎＯ２にモル％で２から５％のＳｂ２Ｏ３などの他の酸化物を添加したもの、などの既知の透明電極材料、および実施例２で詳しく述べるポリチオフェン、ポリアセチレンなどの導電性有機材料が使用可能である。

（絶縁物層）
記録層の周辺の絶縁物層の融点は６００℃以上であることが好ましい。６００℃より融点が低い材料を絶縁物層として用いた場合、記録時に記録層で発生した熱及び絶縁物層自体による発熱により劣化し、光学特性が変化してＳ／Ｎが低下する場合がある。前記各層の膜厚，材料についてはそれぞれ単独の好ましい範囲をとるだけでも記録・再生特性等が向上するが，それぞれの好ましい範囲を組み合わせることにより，さらに効果が上がる。絶縁物層の材料としては、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ５，ＧｅＯ２、ＧｅＮ，Ｓｉ３Ｎ４、これらの組成比が異なるものなど、多くの酸化物、窒化物が使用可能である。絶縁性の有機材料を用いても良い。

絶縁物層や光伝導体層や記録層を真空蒸着や塗布、特に塗布で形成する有機材料とした場合、ランドとグルーブの絶縁物層に膜厚差を付けるプロセスを用いなくても層を形成しただけで電極間距離に差ができ、電流集中の効果を得ることができる。

（基板）
本実施例では、表面に直接、トラッキング用の溝を有するポリカーボネート基板７７を用いているが、トラッキング用の溝を有する基板とは、基板表面全面または一部に、記録・再生波長をλとしたとき、λ／１５ｎ（ｎは基板材料の屈折率）以上の深さの溝を持つ基板である。溝は一周で連続的に形成されていても、途中分割されていてもよい。溝深さが約λ／１２ｎの時、トラッキングとノイズのバランスの面で好ましいことがわかった。また、その溝幅は場所により異なっていてもよい。溝部とランド部の両方に記録・再生が行えるフォーマットを有する基板でも、どちらか一方に記録を行うフォーマットの基板でも良い。グルーブのみに記録するタイプでは、トラックピッチが波長／絞込みレンズのＮＡの０．７倍付近、グルーブ幅がその１／２付近のものが好ましい。

（記録レーザパワー）
本実施例の記録媒体では、記録時に電流を流すことによって、記録媒体に低いレーザーパワーで記録できる。例えば、記録線速度１５ｍ／ｓ以上の条件では、通常の記録媒体では記録レーザーパワーが１０ｍＷを越えるが、記録レーザーパワーを０．２ｍＷ以上２ｍＷ以下に設定することができる。最適記録パワーは、流す電流の値によって異なる。

（読出しレーザパワー）
一方、本発明では、レーザーのパワーには余裕が有り、記録密度を高めても良好な再生信号Ｓ／Ｎを得たい場合には読出し時に読出しレーザパワーを高くしてレーザーノイズやシステムノイズの影響を受けにくくすることもできる。本実施例の記録媒体では、記録時に電流を流すことによって、記録層の光吸収が少ない、あるいは熱拡散が大きくて低い記録感度の記録媒体に記録できるので、読出し時に読出しレーザパワーを高くしても記録状態の読出し破壊が起きにくいためである。例えば、記録レーザーパワー２ｍＷで読出しレーザーパワーを３ｍＷにすることもできる。

レーザー光源に、例えば４素子のアレーレーザーを用いた場合、データ転送速度を４倍近く高速化することができた。
（実施例２）

本実施例は多層構造記録媒体およびそれを用いる記録装置に関するものである。

図１６に、本実施例の場合の記録装置の回転軸付近の構造を示した。図１５に回路のブロック図を示したように、記録装置からは、回転軸の３本のスリップリング７２，７３，７４に、プラスとマイナスの電圧と、記録媒体の層の選択信号が供給される。記録する時間に比べ発色・消色させる時間は短いので、一たんコンデンサーに充電することによって、高速発色・消色させる場合も記録装置の回路基板から回転軸への給電最大電流が少なくて済む。コンデンサーを含む図１５の回路はディスク受け部品７８の中空内部に内蔵されており、印加電圧切替え・制御回路を経て回路ブロック図の右端の各層への配線は、回転軸の電極７５，７６，７７に接続されている。電極は８本有るが、他の５本は回転軸の見えていない面にあるので省略してある。これにより、発色させるべき層にはプラス電圧、消色する際にはマイナス電圧が印加される。記録装置の回路基板から回転軸への給電はプラス電圧だけにして、ディスク受け部品内蔵の回路で正負の電圧を生成しても良い。

記録媒体は、実施例１と基本構造は同じであるが、記録層には、電圧印加により発色するエレクトロクロミック材料を用いる。図１１に示したように、直径１２ｃｍ、厚さ０．６ｍｍで表面にトラックピッチが０．４５ミクロンで深さ２３ｎｍ、溝幅０．２３ミクロンのイングルーブ記録用のトラッキング用の溝を有し、アドレス情報を上記溝のウォブルとして有するポリカーボネート基板８９上に、Ａｇ９４Ｐｄ４Ｃｕ２半透明反射層８１、ＩＴＯ透明電極８２、エレクトロクロミック材料層８３、ＩＴＯ透明電極８４、ＺｎＳ・ＳｉＯ２熱絶縁層８５、ＩＴＯ透明電極８６、エレクトロクロミック材料層８７、ＩＴＯ透明電極８８、ＺｎＳ・ＳｉＯ２熱絶縁層、ＩＴＯ透明電極、エレクトロクロミック材料層、ＩＴＯ透明電極、ＺｎＳ・ＳｉＯ２熱絶縁層、ＩＴＯ透明電極、エレクトロクロミック材料層、ＩＴＯ透明電極の順にエレクトロクロミック材料記録層を４層積層した。さらにこの上に直径１２０ｍｍ厚さ０．６ｍｍのポリカーボネート基板９０を貼り付けた。光はこの張り合せ基板側から入射させた。エレクトロクロミック材料層は３層または２層より成り、３層の場合、酸化発色型第１発色層であるＩｒＯｘまたはＮｉＯｘ（ｘは１未満の正の数）の層１５０ｎｍ，固体電解質層であるＴａ２Ｏ５の層３００ｎｍ，還元発色型第２発色層であるＷＯ３の層２００ｎｍの３層、２層の場合、Ｃｒ２Ｏ３より成るＯＨイオン貯蔵層２００ｎｍ、ＷＯ３より成る発色材料層２００ｎｍの２層である。なお、光入射側から最も遠い透明電極の代わりにＷ−Ｔｉなどの金属電極を用いてもよい。エレクトロクロミック材料層を塗布によって形成する場合、積層によって少しずつグルーブが埋まり、記録層の両側の電極間距離はランド部の方がグルーブ部より近いが、実施例１のように１方の電極がほぼ平らになる程に、また、いずれかの層が貫通開口を持つ絶縁物層となるほどに電極間距離に差をつけてはいない。

上記積層膜の上に紫外線硬化樹脂によるオーバーコート層を形成し、同様なもう１枚のディスクと張り合わせた。

波長４００ｎｍのレーザー光を照射しながら、記録または読出しをしたい記録層の両側の透明電極に電圧を印加すると、その層だけが着色し、レーザー光を吸収、反射するようになるので、選択的に情報の記録や読出しができる。電圧印加は必ず１つの記録層だけに限定する必要は無く、アレーレーザーで複数記録層に同時に記録する場合は、複数対の電極間に電圧を印加する。また、記録しない記録層の電極間の電圧を０にしないで有限の値にしておけば、電極間容量や着色する材料の応答速度により、着色に時間がかかるのを防ぐことができた。また、電圧を除去して消色させる場合逆電圧を印加すると、消色に要する時間を１／２以下に短縮することができた。

記録はレーザー光、および／または電流の作用によって、膜のエレクトロクロミック作用を失わせ、電圧を印加しても発色しない、あるいは記録前と異なる吸収スペクトルを持つようにして行う。別の方法として、熱または電流による物理的変化（相変化など）、または化学変化（例えばＬｉイオンとの反応）によって屈折率、消衰係数のうちの少なくとも一方が変化する有機、あるいは無機材料の層を別の層として積層し、この層の変化によって記録を行ってもよい。例えば、相変化記録膜として、Ｉｎ５０Ｓｅ４５Ｔｌ５の組成のものを用いると波長７８０ｎｍあるいは６６０ｎｍの光、特に波長７８０ｎｍの光に対して透過率が高いので好ましい。記録時にはエレクトロクロミック材料層の光吸収によって間接的に加熱される。エレクトロクロミック材料層は材料によって大小が有るものの光導電性を持つので、フォトキャリアの電流による加熱効果も生じる。相変化記録層を設けた場合は、加熱により、記録膜は結晶化、あるいは非晶質化の相変化を起こす。相変化による屈折率変化がエレクトロクロミック層の着色時に特に反射率差として見えやすいように光学設計しておくことにより、多層の記録膜のそれぞれをほぼ独立に読み出すことができる。透明電極から透明電極までの光学的膜厚が読み出し光の波長に対してほぼ１波長分になるようにすると、どの記録層も光学的に等価となるので好ましい。

電圧印加を複数層に同時に、あるいは順次行って記録時、および／または再生時に複数層が発色するようにしても良い。各層の透明電極から透明電極までの厚さを絞込みレンズの焦点深度程度の厚さにし、光吸収係数が奥の層ほど大きくなるように発色させると焦点位置を深さ方向に振って高密度記録するのに好都合である。また、各層の膜厚をもう少し薄くすると、ボリュームホログラム記録などに有利である。各層の光吸収係数をほぼ同じにして膜厚は薄くし、高パワー照射では奥の層まで、低パワー照射では入射側に近い層だけが記録されるようにして多値記録してもよい。記録時と再生時の各層の光吸収係数の分布を変えられるのも本発明の特徴である。記録時には、単層で測定した時の吸収率が光入射側から２０％、３０％、４０％、５０％と奥ほど大きくなるように各層への発色電圧印加時間を変え、再生時にはどの層も２０％で均一とすると、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ層で反射して来た光には各層の情報が均一に含まれるので好都合である。

全積層をいくつかにグループ化し、例えば本実施例の場合では４層を２層ずつのグループにして同一グループのエレクトロクロミック層は同時に発色、消色させるようにすれば、
発色、消色に要する時間を短くすることができる。同一グループ内では上記のように光入射側から遠い層の方の光吸収率が高くなるように電圧や、エレクトロクロミック材料のアクリル系ポリマーなどでの希釈程度を調整すると、より良好な記録特性が得られる。

発色・消色に要する時間が記録・再生速度の制約要因にならないようにする他の方法として、光入射側から見て奥の層から順次発色させ、消色は手前の層から順次消色させるのが有効である。このようにすれば、一つの層の発色中に隣接する層に電圧をかけ始めて発色を準備することができ、スピードアップできる。

エレクトロクロミック材料層に用いる材料としては、ＷＯ３のほか、チオフェン系有機物のオリゴマーやポリマーなどの、代表的な例を図１２に示した有機材料が使用可能である。特に、導電性有機材料が好ましい。ただし、チオフェン系分子の重合体の場合、レーザーの波長は６６０ｎｍとし、トラックピッチは約２倍の０．６μｍとした。チオフェン系材料の重合体は真空蒸着または電解重合によって形成する。電解重合では、モノマーとしてはチオフェン誘導体であるポリ（３−メチルチオフェン）を用い、支持電解質としてＬｉＢＦ４，溶媒としてベンゾニトリルを用いる。

層構成は、Ｈｅｌｍｕｔ Ｗ． Ｈｅｕｅｒ氏らの、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｖｏｌ．１２， Ｎｏ．２ ｐｐ８９−９４ （Ｆｅｂ． ２００２） 記載の、ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｗｉｎｄｏｗ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）−Ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ）の論文に着色制御窓ガラス材料として述べられている材料と層構成のうち、（ＣｅＯ２）６７（ＴｉＯ２）３３より成るイオン貯蔵兼暗電流ブロック層、アクリル系紫外線硬化樹脂にＬｉトリフレート（正式名Ｌｉトリフロロメタンスルフォネート，Ｌｉ ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔａｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ：ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ）と可塑剤を混合した材料の固体電解質層、およびＰＥＤＴ／ＰＳＳの層、すなわちｐｏｌｙ（３，４ ｅｔｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）とｐｏｌｙ（ｓｔｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｏｎａｔｅ） との混合材料よりなる電子活性導電性ポリマー発色材料層の３層である。チオフェン系ポリマーの層を形成する前に、チオフェン系分子ポリマーの端部にシアノ基（−ＮＣ）、チオール基（−ＳＨ）、Ｓ−アセチル基（−ＳＡｃ）のいずれかを付ける処理を行った。チオフェン系分子ポリマーの長手方向がなるべく膜厚方向に向いて、膜厚方向の電流が流れやすいようにするためである。有機固体電解質層としてはポリエチレンオキサイド−チオシアン酸カリウム系も好ましい。

上記ＰＥＤＴ／ＰＳＳ層の代わりに、Ｆｅｉ Ｗａｎｇ 氏他著のＭｉｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｖｏｌ．３３ ｐｐ２０８３−２０９１（２０００）のＥｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ Ｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ＳｔａｒＢｒａｎｃｈｅｄ ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｃｈｉｏｐｈｅｎｅ−ｄｉｄｏｄｅｃｙｌｏｘｙｂｅｎｚｅｎｅ） Ｐｏｌｙｍｅｒｓ の論文に記載されているエレクトロクロミック発色ポリチオフェン系ポリマー材料であるＳＰＥＢを用いると、発色・消色が速く、良好な特性が得られた。ポリマーの合成方法、膜の形成方法などは論文と同様であるが、電解質には上記固体電解質を用いた。

固体電解質層と電子活性導電性ポリマー発色材料層は、チオフェン系ポリマー層を電界重合によって形成し、例えばＬｉトリフレートのようなドーパントを膜中に取り込んでしまうことにより、一層化することもできる。このような有機材料層を用いる場合のメリットは、導電性が有り、導電率は温度上昇とともに高くなり、また、光導電性も持たせることができるのでフォトキャリアーを電界によって加速し、温度上昇により記録感度を高めることができること、ＷＯ３のように発色消色に膜中への水分の出入りを必要としないことである。着色は分子中に電子が与えられることにより光で励起状態にできるようになることによって起こる。この電子移動を中和するためにＬｉなどのイオンが移動する。デメリットは、製膜速度が遅く、大面積の製膜が容易でないことである。この欠点を改良するため、モノマー、または数分子が結合しただけの低分子量のものを高速真空蒸着し、基板上でオリゴマーにするのが好ましい。基板上でオリゴマーにするには、真空蒸着中に青色または近紫外光を照射して分子を励起状態にする。チオフェン系ポリマー（略してポリチオフェン）のほか、Ｌｕ−ジフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、ヘプチルビオロゲン、タングステン蓚酸錯体，スチリル系化合物である ３，３ジメチル−２−（Ｐ−ジメチルアミノスチリル）インドリノ［２，１−ｂ］オキサゾリン（ＩＲＰＤＭ）（光源波長５１４５ｎｍ）や３，３ジメチル−２−（Ｐ−ジメチルアミノシンナミリデンビニル）インドリノ［２，１−ｂ］オキサゾリンなども使用可能である。

さらに、光導電効果をもたせるために、ＴＣＮＱ（７，７，８，８−Ｔｅｔｒａｃｙａｎｏｑｕｉｎｏｄｉｍｅｔｈａｎｅ）の層を形成してもよい。
これら有機物を用いる場合も、ディスクの他の部分は上記実施例と同様とした。

ＷＯ３に代わる無機物の材料としては鉄のシアン化物であるプルシャンブルー（ＫｘＦｅＩＩｙＦｅＩＩＩｚ（ＣＮ）６、ＭｏＯ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＮｉＯＯＨ，ＣｏＯＯＨ，Ｒｈ２Ｏ３，ＩｒＯｘ（ｘは１未満の正の数）、ＺｒＮＣｌ，ＩｎＮ，ＳｎＮｘ（ｘは１未満の正の数）、ＭｎＯｘ（ｘは２未満の正の数），ＷＯ３−ＭｏＯ３複合（混合）薄膜なども使用可能である。

エレクトロクロミック材料では、電流によってＬｉなどの金属や水素などの陽イオンが所定の場所から動いてしまったり光スポット内の基底状態にある電子のほとんどが励起されてしまうと、自動的に光吸収が減ったり電流が流れにくくなるので、ディスク全体に大きな電流が流れたり、光スポット照射部分で過大な電流が流れて記録マークが大きくなりすぎるのが防止できる。すなわち現象としては、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加しながら光を照射すると、照射した場所付近の電流が増大し、光照射が終わってからも電圧を印加し続けた場合、一定時間後に電流が低下し、記録層（エレクトロクロミック層など）の状態変化が観測される。光照射中に自動的に電流が低下する場合も有る。

エレクトロクロミック層の代わりにエレクトロルミネッセント（ＥＬ）材料とフォトクロミック材料の混合材料を用いても良い。ＥＬ材料が発する光によって、フォトクロミック材料の色が変化し、記録あるいは読出し光の波長に対して光吸収が生じるようにする。ＥＬ材料としてはＺｎＯなどの無機材料や有機材料を用いることができるが、有機材料については、例えば豊田中央研究所Ｒ＆ＤレビューのＶｏｌ．３３，Ｎｏ．２（１９９８年６月）の３ページから２２ページの解説に述べられている有機ＥＬ材料のうち、ジアリルエテン、フルギドなどのフォトクロミック材料を変色させるのに発光波長が適合するものを当該フォトクロミック材料と組み合わせて用いる。これら有機材料の層の場合は、真空蒸着、気相成長、塗布などの方法で形成する。塗布の場合は溶媒で十分に希釈して、グルーブ部分とグルーブ間の部分で膜厚差が大きくなり過ぎないようにした。有機ＥＬ材料は電子またはホール輸送層材料と発光層材料と、効率を向上させたい場合はドーピング材料からなり、ホール輸送層材料としては、トリフェルアミンを星形分子にしたスターバーストアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）膜厚６０ｎｍ，発光層材料としてはベンゾオキサゾールＺｎ錯体（Ｚｎ（ＢＯＸ）２）膜厚４０ｎｍを用いて青色発光する。

フォトクロミック材料としては、図１２に示したフルギド、ジアリールエテンなどが使用できる。フルギドの場合、青色光照射によって波長５００ｎｍ付近に吸収が生じるので、波長５１４．５ｎｍのＫｒレーザーで記録可能である。

シート抵抗が大きいことがあまり問題とならない小型の記録媒体では、透明電極もポリアセチレン、ポリチオフェンなどの導電性ポリマーで形成することが可能である。その場合、無機物透明電極に比べてエレクトロクロミック層との屈折率差が小さく、界面で反射した光の干渉などの悪影響を避けることができる点で好ましい。下地層として疎水性表面処理剤、シランカップリング剤、または平均０．５から３ｎｍの膜厚の薄い銅族元素（Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ）層を設けても良い。

さらに、断熱層も有機材料とすれば上記と同じ理由で光学的に好ましい。断熱層は導電性が有っても良いが、無い方がより好ましく、アクリル系オリゴマー、ポリマー、金属フタロシアニンの真空蒸着膜など、多くの材料が使用可能である。

この他、ＥＰＤ、すなわち電気泳動表示媒体に使われる有機材料、または電流昇温で吸収端が変化する導電性有機材料層を用いてもよい。

記録層に相変化材料層を用いても良い。例えばレーザー光源が赤色の場合、Ｉｎ−Ｓｅ系、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｌ系などのＳｅを３０原子％以上含む相変化記録層は光吸収が少なく、エレクトロクロミック材料層の光吸収による間接加熱および／または電流の作用で相変化する。相変化記録層は屈折率が高いので界面での反射を防ぐために透明電極層の膜厚を反射防止効果を持つように選ぶのが良い。

多層膜はすべて絞り込みレンズの焦点深度内に有っても良いが、厚さ２０〜４０ミクロンのスペーサー層を数層毎（例えば３層おき）に挟んで焦点位置を変えて各層に記録・再生してもよい。この場合、スペーサー層を２層以上用いる場合は、光学系に球面収差を補償する素子を設けた方が良い。

記録・再生方法などは実施例１と同様である。
（実施例３）

本実施例では、図１４に示したように、レーザー９１の光９３をミラー駆動モーター９５の回転軸に対し直角より少し傾いた面で取り付けられ、高速回転するミラー９４で方向が円または楕円運動するように反射され、ＭＥＭＳ技術の一つであるシリコン単結晶から形成した４×６の反射鏡アレー９７によって光スポットを形成し、記録媒体を高速で移動させることなく高速度の記録を行う。なお、図中９２はレンズ、９６は列選択ミラー、９８はＳｉウエハー、９９は記録積層膜の断面である。全体の形状は円板状ではなく、長方形の形状とした。各ミラーは、その下部のトランジスタアレーにより、静電力または電磁力により駆動される。

記録媒体の基板表面には、通常の光ディスクの原盤形成プロセスと同様にして縦、横に規則正しく配列したスリバチ状の多数の窪みを形成した。窪みの直径は１μｍ、深さは０．４μｍ、窪みの中心間の距離は１．５μｍとした。窪みの基板に平行な面による断面形状は円形でなく少し楕円形でも良い。この基板上に、厚さ５０ｎｍの熱拡散用Ａｇ９４Ｐｄ４Ｃｕ２層、厚さ５０ｎｍのＺｎＳ・ＳｉＯ２保護層、厚さ３０ｎｍのＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ記録層、厚さ５０ｎｍのＺｎＳ・ＳｉＯ２保護層の４層をスパッタリングによって２回繰返し積層し、最後にＡｌ９８Ｔｉ２電極層を７０ｎｍの厚さに形成した。その上に紫外線硬化樹脂を挟んで厚さ１００μｍのポリカーボネートシートを貼り、紫外線硬化樹脂を硬化・接着した後シートを引き剥がすと、平坦部の積層膜は除去され、スリバチ部分だけに積層膜が残って、積層膜の断面９９が露出した。この断面に記録を行うことができる。基板表面を紫外線照射によって活性化しておくと、積層膜の第１層のＡｇ合金層だけは基板の平坦部上を含めて全体を基板上に残すことが可能で、電極として使用できる。断面９９を露出させた後、厚さ３０ｎｍのＳｉＯ２層と厚さ７０ｎｍのＩＴＯ透明導電膜を形成すると、窪みに落ち込む傾斜部ではＳｉＯ２層がほとんど付かず、透明導電膜が直接最上部の電極層に接するので、最下部のＡｇ合金膜と最上部のＩＴＯ層との間に電圧を印加して断面への光照射による記録を補助ことができる。また、上部の絶縁層と透明電極を付けない場合、断面の保護層を希酸で短時間エッチングした後、断面にＴｉＯ２層を厚く形成すると、ＴｉＯ２層がカマボコ状の媒体作り付けソリッドイマージョン円柱レンズとなって、光を十分集光して記録層断面に照射することができる。

Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ記録層の代わりに、実施例２で述べたチオフェン系ポリマーまたはＷＯ３系のエレクトロクロミック材料層の積層膜を設けても良好な特性が得られた。記録は、熱によりエレクトロクロミック材料層の発色能を破壊することによって行う。

一方、基板表面に従来の光ディスクのようなグルーブを形成し、グルーブ上に記録を行うこともできる。グルーブは８本形成し、その方向は反射鏡アレーの配列方向と平行とした。反射鏡アレーの配列周期はグルーブの周期の２倍になっており、ミラーの角度を変えることによって２つのグルーブのいずれかに記録が行える。通常は一方のグルーブに記録した後、他方のグルーブに移って記録する。記録媒体は実施例２と同じ多層構造になっている。各層に使用する材料は実施例２で述べたように有機材料でも無機材料でも良い。グルーブは直線状でなく、各ミラーの下に同心円または螺旋状に設けても良い。

上記のいずれの場合も、ミラーアレーでなく移動するミラーで各部分に照射しても良い。

レーザー光源に、例えば４素子のアレーレーザーを用いた場合、上部の４つのミラーに同時にレーザー光を送ってデータ転送速度を４倍近く高速化することができる。

反射鏡アレーは、大容量が要求される用途では１０００×１０００程度まで数を増すことができる。

なお、記録・再生方法は、実施例１と同様である。

従来例の情報記録媒体の構成図である。 本発明の一実施例の情報記録媒体の断面図である。 本発明の他の一実施例の情報記録媒体の断面図である。 本発明の一実施例の情報記録媒体の１／４分割図である。 本発明の一実施例の情報記録媒体の１部を切り出したものの鳥瞰図である。 本発明の一実施例の情報記録媒体の絶縁層をエッチングする予備工程の記録媒体の断面図である。 本発明の一実施例の情報記録媒体をセットするディスクホルダー部分の電極を示す図。 本発明の情報記録媒体の１つの記録点に流れる電流の時間変化を示す図。 本発明の情報記録装置の構成を示す図。 電極間距離の比とトラッキングオフセットによる信号レベル低下量との関係を示す図。 本発明の多層ディスクの積層構造を示す図。 有機エレクトロクロミック材料の例の分子構造を示す図。を示す図。 有機フォトクロミック材料の例の分子構造を示す図。 本発明の実施例の情報記録媒体の構造および光学系を示す図。 本発明の実施例の印加電圧制御回路のブロック図。 本発明の一実施例の情報記録媒体をセットするディスクホルダー部分の電極を示す図。

符号の説明

１： 透明電極
２： ＵＶ樹脂レプリカ層
３： 保護層
４： 記録層
５： 保護層
６： 電極
７： 基板
８： 絞込みレンズ
９： レーザー光
１０：ＤＣ電源
１１：保護層
１２：透明電極層（電極１）
１３：エレクトロクロミック材料層
１４：電極１
１５：紫外線硬化樹脂層
１６：張り合せ基板
１７：基板
１８：グルーブ部
１９：ランド部
２０：入射レーザー光
２１：保護層
２２：透明電極
２３：光導電体層
２４：記録層
２５：絶縁体層
２６：第１の電極
２７：張り合せ基板
２８：基板
２９：グルーブ部
３０：ランド部
３１：張り合せ基板
３２：積層膜
３３，３４：透明電極
３５，３６：透明電極からの引出し電極
３７：ディスク中心
３８：電極間スペース
３９，４０：細い金属電極
４１：透明電極
４２：光導電体層
４３：記録層
４４：絶縁体層
４５：第１の電極
４６：光スポット
４７：グルーブ部
４８：ランド部
４９：電極間スペース
５０：マルチビーム記録の場合の第２の光スポット
５１：絶縁体層
５２：透明電極
５３：光導電体層
５４：記録層
５５：絶縁体層
５６：塗布有機材料層
５７：基板
５８：ランド部の塗布が薄い部分
５９：ランド部
６０：グルーブ部
６１：回転軸
６２：第１のスリップリング
６３：第２のスリップリング
６４：第３のスリップリング
６５：第１の接触電極
６６：第２の接触電極
６７：第３の接触電極
６８：ディスク受け部品
６９：絶縁体
７０：位置決め用凸部
６１：回転軸
６２：第１のスリップリング
６３：第２のスリップリング
６４：第３のスリップリング
６５：第１の接触電極
６６：第２の接触電極
６７：第３の接触電極
６８：ディスク受け部品
６９：絶縁体
７０：位置決め用凸部
８１：透明電極
８２：薄いＡｇ合金反射層
８３：エレクトロクロミック層
８４：プリアンプ回路
８６：記録波形発生回路
８７：レーザー駆動回路
８８：８−１６変調器
８９：サーボ回路
９０：８−１６復調器
９１：レーザー
９２：レンズ
９３：レーザービーム
９４：回転ミラー
９５：ミラー駆動モーター
９６：列選択ミラー
９７：行選択ミラー
９８：Ｓｉウェハー
９９：記録積層膜の断面。

Claims (4)

1. 光を照射することによって、情報を記録する情報記録媒体であって、
   基板と、前記基板上に形成された第1の電極と、
   前記第1の電極上に形成された、貫通する開口部を有する絶縁膜と、
   前記開口部から前記絶縁膜上にわたって形成された、情報を記録する記録膜と、
   前記記録膜上に形成された、第２の電極とを有することを特徴とする情報記録媒体。
2. 前記記録膜と前記第２の電極との間には、光導電体膜が設けられていることを特徴とする請求項１記載の情報記録媒体。
3. 前記情報記録媒体は、半径方向に、ランド部とグルーブ部を有し、
   前記ランド部とグルーブ部のいずれか一方は、前記開口部に前記記録膜が形成された領域であり、
   他方は前記絶縁膜が設けられた領域であり、
   前記開口部における前記第1の電極と前記第２の電極との距離を１としたとき、前記開口部でない部分における前記第1の電極と前記第２の電極との距離は１．１以上であることを特徴とする請求項１記載の情報記録媒体。
4. 前記情報記録媒体は、半径方向に、ランド部とグルーブ部を有し、
   前記ランド部とグルーブ部の一方は、前記開口部に前記記録膜が形成された領域であり、
   他方は、前記絶縁膜が設けられた領域であり、
   前記開口部における前記第1の電極と前記第２の電極との間の抵抗値を１としたとき、前記開口部でない部分における前記第1の電極と前記第２の電極との間の抵抗値は２以上であることを特徴とする請求項１記載の情報記録媒体。

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