JPH0219535B2 - - 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、あるいは
黒化転移温度以上の昇温で光学濃度が増大し、記
録がおこなえる光学的熱的情報記録部材に対して
白化記録あるいは、黒化記録を、既記録信号を消
去しながらおこなう、つまり同時消録の方法を提
供するもので、黒化および白化がおこなえる光学
的熱的情報記録薄膜部材に対して、少くとも２つ
のパワーレベルP_W，P_Eを有する変調照射光によ
り、既記録信号をP_Eレベルのパワーで消去する
とともに、新しい信号を、P_Wレベルで記録せん
とするものである。

この場合、パワーレベルの設定が重要であり、
パワーP_Wは高いレベルとし、記録膜が被照射微
少部位において局所的に瞬間的に溶融状態に達す
る供給エネルギーを与えるものとする。

一方パワーP_Eは低い方の変調レベルとし、被
照射微少部位において、局所的に昇温し、溶融温
度より低い、黒化転移温度以上に加熱できる供給
エネルギーを与えるものとする。

かかる少くとも２つのパワーレベルP_W，P_Eで
強度変調を受けたスポツト光を、例えば、あらか
じめ黒化飽和処理を施こした膜で、既に、白化信
号記録部位を有する部材に照射すると、低いパワ
ーレベルP_Eは未記録飽和黒化レベルをかえずに
既記録白化部位を黒化する消去バイアス光の役割
になり、高いパワーレベルP_Wは、既記録白化レ
ベルをかえずに、飽和黒化部位を白化し、信号を
記録する働きを持つ。

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程度の微少寸法まで可
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、ピデオデイスク等へ
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。

これら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、強誘電体材料等が光学的に記録
および、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、低感度であるために大出力のレーザ光源が
必要になる等の点で実用化には、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、原子間の結合の状態をかえて光
学的な性質の変化を生ぜしめ、これを利用するも
のであり、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，半金属との化合物薄
膜を利用するものである。

これは、S.R.Ovshisky等により、Dhys Rev
Letters 21（1968）1450に最初に報告されたもの
で、材料としては、Ge₁₅Te₈₁Sb₂S₂の薄膜を用い
る方法である。

これら、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
膜に略1μφに絞つた微少スポツト光を照射し、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、再びパルス幅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
なう方法である。

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52−46464号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
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、白化して消去する方法である。

いずれも、レーザ光，熱を介して情報を介して
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膜にレーザを照射
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
の再配列過程からなり、材料組成によつては、例
えば、カルコゲン化物の場合、結晶化に関し、比
較的長い時間の徐冷過程が必要で、数μsec〜数
msec程度の長いパルス幅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
加熱昇温して白化消去する。

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
強度が弱くなり、強いレーザパワーにおいても、
この部分では、黒化条件の光強度になりやすく、
そのため、スポツトの中心では黒化部が白化して
消去できるが、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が正ずる可能性があ
るため、取り扱いにやや問題がある。

これ等に対して、本発明者等が、特願昭53−
100626号において提案した材料、例えば、低酸化
物TeOx₁ Ｏ＜X₁＜2.0を主成分とし、Se，Ｓそ
の他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。
前述のカルコゲン化材料では、黒化に要する時間
が長く、低速記録に適し、低酸化物材料は高速ま
で可能である。

以上に述べた方法では、いずれも、記録，消去
において、それぞれ専用の光源、例えば、Arレ
ーザと、赤外線レーザの組みあわせ、あるいは、
短いパルス幅と、長いパルス幅の異る変調形態を
利用し、記録と、消去を、異る系あるいは異る時
点でおこなつている。

本発明においては、これらに対し、記録と消去
を同一の光ビームを使用し同一の光照射系によ
り、同時に実施できる方法を提供するものであ
る。

本発明の方法に用いられる光学記録膜は、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の少くと
も１つを含ませてなる低酸化物記録薄膜TeOx₁，
GeOx₁，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、黒色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１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１と称する。

本発明において用いる光学情報記録膜は、光照
射による加熱昇温による到達温度が融点以上で、
これを急冷すれば白化し、到達温度が融点以下
で、黒化転移温度以上の場合は、白化には至らな
い黒化状態を得る膜である。

又、融点以上になつてもこれを徐冷すれば、黒
化状態を得る性質を有するものとする。

したがつて黒化状態を得るか，あるいは白化状
態を得るかは、第１に、照射光のパワーレベル、
第２に、急冷するか，徐冷するかの冷却（加熱）
の各条件の組み合わせで定めることができる。

例えば、アクリル樹脂基材の場合、この上に形
成した前述の膜に対し、照射レーザ光の強度をか
えて、白化，黒化の条件を求めたところ、円盤形
態の記録部材において、約1μφに絞つたレーザス
ポツト光で、回転数300rpmにおいて、2.5mwの
照射光パワーレベルまでは黒化状態を得、3.2mw
以上の高いパワーレベルでは白化状態を得た。

つまり、高いパワーレベルP_Wでは白化，低い
パワーレベルP_Eでは黒化の状態差が生ずる。

次に冷却の条件の差異つまりこれは、一般的に
は、加熱条件の差異と関連性がある。この効果に
ついて記述する。

例えば前記記録部材を回転させて無変調の連続
光を照射する場合と、100％変調の光を照射する
場合と、特定の変調度の光を照射する場合とで
は、記録膜を含む記録部材の昇温の様子、したが
つて冷却の様子が異る。

100％変調の場合は、記録部材の被照射部位の
み昇温し、したがつて光offの時点で３次元的な
熱拡散により急速に温度が下がり、急冷条件に近
づく。これに対して、連続光を照射した場合は、
記録部材上の回転方向の記録部位、つまり、記録
トラツク方向に関しては、連続的な加熱となり、
この方向における熱拡散は減少し、冷却速度が低
下し、徐冷条件が生じやすくなる。

要約すると、情報の記録、消去に際しては、薄
膜を溶融するエネルギー以上を供給し得る白化信
号記録パワーレベルP_Wと、薄膜を溶融するエネ
ルギーよりも低く黒化転移を開始するエネルギー
よりも高い黒化消去パワーレベルP_Eとの間で、
情報信号により照射光を変調するとともに（すな
わち、100％変調と無変調連続光との間の特定の
変調度を選ぶ）、白化信号記録パワーレベルP_Wの
薄膜上の任意の位置に対する照射時間が照射後急
冷となるように、薄膜と照射光との相対移動速
度、および照射光のビーム径を設定するものであ
り、かかる構成により消去と記録が同一ビームで
同時に行える。

すなわち、本発明では昇温急冷により白化記録
が行われ、昇温徐冷により黒化消去が行われるの
であつて、最初の白化記録について説明する。

白化を生ぜしめるためにはまず薄膜を溶融する
必要があり、そのため薄膜を溶融するエネルギー
以上を供給し得る白化信号記録パワーレベルP_W
の照射が必要である。次にパワーレベルP_Wが照
射された部分を急冷する必要がある。したがつ
て、パワーレベルP_Wにより長時間にわたつて薄
膜の任意の点を照射すると、照射エネルギーが薄
膜から基板の方に伝わつていき、エネルギー照射
終了後の熱拡散による冷却が即座に行われなくな
り徐冷されることになつて白化状態が得られなく
なる。したがつて、薄膜の任意の点の照射時間は
長時間ではなく、照射後にその点が急冷される時
間に設定される必要がある。

ところで、薄膜の任意の点での照射時間τは、
例えば薄膜が円盤状で回転し（回転速度Ｖ）、光
照射の位置が固定されているとすると、光照射し
ているビーム径ｄ内をその点が通過する時間、す
なわちｄ／Ｖで決まる。これは、ビームがオンし
ている時間Ｔに関係なく一定の値となる（時間Ｔ
は薄膜へ記録される白化部分の大きさを決めるこ
とになる。） しかして、白化信号記録パワーレベルP_Wの薄
膜の任意の点に対する照射時間が、薄膜と照射光
との相対速度、および照射光のビーム径を設定し
て、任意の点が照射後急冷となるようにすること
により白化記録が行われることになる。

次に、黒化消去に関しては、昇温徐冷が必要で
ある。黒化のためには、薄膜を溶融する必要はな
く、黒化転移を開始させれば良いので、これらの
範囲内のパワーレベルが必要となる。そして、黒
化消去パワーレベルは常時供給されることになる
ので、熱拡散による冷却は減少し徐冷条件が常に
満たされていることになり、黒化消去は照射時間
に関係なく行われる。

円盤状態の記録部材における記録条件例を第１
図に示す。この場合デイスクとしては、飽和黒化
処理と施こしたものを示している。

黒デイスク１は、基材２及び、記録膜３を基本
構成とし、これに対して、例えば、半導体レーザ
光源４を、前記の２つのパワーレベルP_W，P_Eに
なるように電流波形６により強度変調を施こし、
このビームを、レンズの組み合わせ７，８等によ
り微少スポツト径1μφに絞つて黒デイスク膜を照
射する。

デイスクの回転方向５に対応して、白化信号ビ
ツト１０が形成され、信号記録が行なえる。

記録信号の再生は、同じ光学系を用いて記録ビ
ツト部の透過率あるいは反射率の変化を検出して
おこなう。

信号の記録，再生において、基材２として透明
体材料を選ぶことにより、基材側のレーザ照射を
おこなうこともできる。

つぎに、変調パワーレベルP_W，P_Eとしては、
そのデイスク回転速度において、第２図に示す変
調パワー波形ａ，膜温度ｂ，および記録ビツトｃ
の各図で対応させて示すレベルを選ぶ。

高いパワーレベルP_Wとしては、膜温度が融解
温度Tm以上になるように選び、低いパワーレベ
ルP_Eとしては、膜温度が黒化転移温度Td以上
Tm以下になるレベルを選ぶ、したがつて、ａの
パワー波形に対応して膜の被照射部位は、ｂの温
度状態になる。

融解温度以上になつた部位は白化し、ｃで示す
白化記録ビツトを得る。

ただし、P_W，P_Eの値は、これらを連続光とし
てあるいは100％変調光として照射するかによつ
て上下しうる。この変化範囲内で、P_Wの値とP_E
の値を白化，黒化作用に適する値に設定し、その
変調度を選んで、記録および消去を行なうことが
本発明において、殊に重要な点である。

つまり、第２図ａにおいて、Ａの領域で示す変
調度により、同一ビームでの白化黒化の難易が生
ずる。Ａを大きくとれば、P_Wを下げて急冷する
ことができるが、Td以上を与えるP_Eが得られな
くなる。

Ａを小さく選ぶと、急冷させるために高いP_W
が必要になるが、P_Eにより黒化転移が生じやす
くなり、最適な変調度を選べば良い。この変調度
の値は、用いる材料により異り、黒化転移が生じ
やすいものについては、大きく選ぶことができ
る。

材料として低酸化物系のTeOx₁，Ｏ＜x₁＜2.0
を主成分とするものでは、Ａ≧30％を得、Te−
Ge−Se（他成分）から成るものではＡ10％程度
の値になる。

例えば、先に説明した低酸化物系膜を用いた
300rpmで回転する円盤形記録部材では、その径
をφ200mmとし、照射レーザ光のスポツト径がφ1μ
ｍのときは、円盤形記録部材に照射される光のパ
ルス幅は、スポツト径／回転速度により330nsec
となり、P_W＝3.2mw，P_E＝2.5mwを選び、白化
記録，黒化消去が可能である。

次にこれらの少くとも２つのパワーレベルを有
する変調スポツト照射光による、消去と記録につ
いて記述する。

飽和黒化処理を施こしたデイスク記録部材につ
いて、第３図に基づいて説明する。

２レベル変調光のパワー波形は、ａに示すよう
に、低い黒化消去パワーレベルP_Eと、高い白化
信号記録パワーレベルP_Wとから成り、情報信号
は、照射光のパワーレベルP_Wの波形あるいはP_E
の波形すなわち周波数あるいは、デユーテイを変
調して入れる。

この変調照射光を、既信号記録トラツクｂに照
射する。既信号は、白化ビツトｍとして記録がお
こなわれている。該トラツクの白化部位ｍ，黒化
部位ｎのそれぞれに変調光ａが、任意の位置で照
射される。

白化部位に、黒化消去バイアスパワーレベル
P_Eが当れば、この部位ｏは第３図ｃに示すよう
に黒化し、黒化部位に対しては、変化が生じな
い。逆に、黒化部位に、白化信号記録パワーP_W
が当れば、この部位ｐは、同図において白化し、
白化部位に対しては、変化が生じなくて、既記録
信号の有無にかかわらず、これを消去して、新し
い信号ビツトが、前記トラツク上に形成される。

第１図に示される光学情報記録系において記録
膜３として、低酸化物膜TeOx₁，Ｏ＜x₁＜2.0を
主成分とし、添加材料を含ませてなるものおよび
Teを主成分とし、Ge，Seを含むカルコゲン化物
を用いた。

基材として、エポキシ系の透明樹脂を用い、
200mmφの円盤とした。

飽和黒化条件は、これらの膜における、加熱昇
温に対する黒化転移曲線の測定結果である第４図
から選ぶ。材料組成により、転移温度が低いもの
および、高いものがある。この図では、曲線ｇが
TeOxを主成分とし他の添加剤を含む低酸化物系
の加熱昇温にともなう光学濃度の変化を示すもの
であり、曲線ｈはカルコゲン化物のものである。

それぞれ、110℃以上、150℃以上の温度で、熱
処理を施こすことにより、黒化飽和レベルが得ら
れる。本実施例においては、それぞれ130℃およ
び170℃で５分間加熱して黒化飽和膜を得たそれ
ぞれの膜の光学特性つまり、透過率Ｔ％および、
反射率Ｒ％の分光測定結果をそれぞれ第５図およ
び第６図に示す。

第５図は、低酸化物系薄膜の透過率および反射
率の分光測定曲線で、未処理状態の透過率はｉで
反射率はｊで、黒化処理を施こしたものは、それ
ぞれi′，j′になる。

第６図は、Teを主成分とするカルコゲン化膜
の透過率および反射率の分光測定曲線で、未処理
の膜の透過率はｋで、反射率はｌとなる、黒化処
理を施こすことにより、それぞれ曲線k′，l′に加
わる。

半導体レーザ、λ＝830nmでの信号再生は、透
過光で行う場合は、透過率の関係を示す曲線であ
る曲線ｉ−i′間の差あるいは、曲線ｋ−k′間の差
を検出しておこない、反射光で行う場合は、反射
率の関係を示す曲線である曲線ｊ−j′あるいはｌ
−l′における差を検出しておこなう。

これらのデイスクの回転速度は、特に黒化が容
易な低酸化物系材料では、1800rpm〜900rpmの
回転で、照射パワーP_W＝９〜7mW P_E＝６〜
5mWの間でP_WとP_Eのレベルを変えて強度変調を
行ない、やや黒化が生じにくいカルコゲン化物系
では、900rpm〜300rpmを選ぶことが望ましく、
P_W＝７〜4mW P_E＝５〜2mWの間でP_WとP_Eのレ
ベルを変えて強度変調をおこなうことによりそれ
ぞれの材料で既記録信号を消去しながら新しい信
号の記録を同時に行なうことができた。

本発明における２つのパワーレベル，信号パワ
ーレベルおよび，バイアス消去パワーレベルを有
する変調照射光による光学情報記録および消去の
方法は、次の効果を有する。

１ 既信号記録部材に対して、既信号の消去と新
規な信号の記録が同時におこなえる。

２ 同一光源，光学系により、信号記録および消
去ができ、装置構成が単一になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学情報記録および消去の方
法に用いる記録部材の一形態である黒化飽和処理
を施こしたデイスクと、半導体レーザ光源を適用
した記録消去の系を示す図、第２図ａは、２つの
パワーレベル照射光の波形を示す図、ｂは被照射
部位における膜の温度波形を示す図、ｃは照射パ
ワーP_W，P_Eによる膜温度レベル＞Tmおよび＞
Tdにより、膜面に記録される信号ビツトを示す
図、第３図ａは、２つのパワーレベル照射光の波
形図、ｂは記録トラツク上に既に記録されている
記録ビツトを示す図、ｃは新たに記録された記録
ビツトを示す図、第４図は記録膜の加熱温度に伴
う光学濃度の変化を示す図、第５図は低酸化物系
薄膜の透過率および反射率の分光測定曲線を示す
図、第６図はTeを主成分とするカルコゲン化膜
の透過率および反射率の分光測定曲線である。 １……デイスク、４……半導体レーザ光源、
７，８……レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱昇温の後に徐冷することにより光学濃度
   が増大するとともに反射率が変化しかつ加熱昇温
   の後に急冷することにより光学濃度が低下すると
   ともに反射率が変化する性質を有する薄膜材料を
   基板上に蒸着形成した記録部材を用いた光学情報
   記録方法において、前記蒸着薄膜をあらかじめ光
   学濃度の高いまたは屈折率の大きい黒化飽和状態
   に変化させておき、この黒化飽和状態の膜の選択
   的な微少部分に光照射を施し、光学濃度の低いま
   たは屈折率の小さい白化状態に変化させて情報を
   記録し、前記情報の消去および新規に他の情報の
   再記録を同時に行うに際して、前記微少部分を含
   むトラツクへの照射光のパワーレベルを、白化信
   号記録パワーレベルP_Wおよび黒化消去パワーレ
   ベルP_Eの２つに選び、情報信号により前記２つ
   のパワーレベルP_WとP_Eとの間で前記トラツクへ
   の照射光に変調を施した光を照射するとともに、
   前記白化信号記録パワーレベルP_Wの前記膜の任
   意の位置に対する照射時間が照射後急冷になるよ
   うに、前記膜と前記照射光との相対移動速度、お
   よび前記照射光のビーム径を設定したことを特徴
   とする光学情報記録および消去方法。 ２ 既に白化信号記録が形成された記録部材にお
   いて、白化信号記録パワーレベルP_Wを照射した
   部位が、黒化飽和状態の部位である場合この部位
   を白化し、信号を記録し、前記P_Wの照射部位が
   白化記録部位である場合はこの部位は、白化状態
   を保持するとともに、黒化消去パワーレベルP_E
   を照射した部位が、白化記録部位である場合は、
   この部位は、黒化飽和状態に消去され、前記P_E
   の照射部位が黒化飽和状態の部位である場合この
   部位は、黒化状態を保持するように、単一の変調
   光により照射をおこなうことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光学情報記録および消去方
   法。 ３ 蒸着薄膜は、TeOx，Ｏ＜X₁＜2.0を主成分
   とする化合物であり、記録膜として黒化飽和状態
   を用いる場合は、この膜を110℃以上の温度で熱
   処理して得ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光学情報記録および消去の方法。 ４ 蒸着膜が、Teを主成分とするもので、Sn，
   In，Bi，Ge，Se，Ｓの少なくとも１つを含む膜
   であり、記録膜として黒化飽和状態を用いる場合
   は、この膜を、150℃以上の温度で熱処理して得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光学情報記録および消去方法。