JPH04319545A - Optical information recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、光を照射することによ
り情報を記録し、そのときの媒体の特性変化を光学的あ
るいは電気的に読み出すことによって、記録された情報
を出力する光情報記録媒体に関するもので、特に、光イ
ンタカレーション効果あるいは光デインタカレーション
効果を利用して情報を記録するようにした光情報記録媒
体に関するものである。[Industrial Application Field] The present invention is an optical information recording system that records information by irradiating it with light and outputs the recorded information by optically or electrically reading out changes in the characteristics of the medium at that time. The present invention relates to a medium, and in particular to an optical information recording medium in which information is recorded using an optical intercalation effect or an optical deintercalation effect.
【０００２】0002
【従来の技術】画像情報の高速処理の必要性が一段と強
まりつつある今日、画像デバイスの高解像度化とともに
、並列処理の考え方を取り入れた新しい光情報デバイス
の開発が極めて重要な課題となっている。このような要
求に応えるべく、これまでにも、３次元構造のＳｉイメ
ージセンサや空間光変調器、ホログラムを用いた光連想
メモリ、光ニューロデバイス等が提案されているが、こ
れらのデバイスにおける初段の光情報記録の原理は、い
ずれも従来の直列方式で採用されてきた既存の光電効果
や電気光学効果を基本としているために、本質的に技術
上の困難さを含んでいる。したがって、並列処理デバイ
スを実現するためには、従来のものとは異なる原理に基
づく光情報記録方式を採用することが必要と考えられて
いる。[Background Art] Today, as the need for high-speed processing of image information is becoming stronger, it is becoming extremely important to develop new optical information devices that incorporate the idea of parallel processing as well as to increase the resolution of image devices. . In order to meet these demands, three-dimensional structured Si image sensors, spatial light modulators, optical associative memories using holograms, optical neurodevices, etc. have been proposed, but the first stage of these devices is The principles of optical information recording are based on the existing photoelectric effect and electro-optic effect that have been employed in conventional serial systems, and therefore inherently involve technical difficulties. Therefore, in order to realize a parallel processing device, it is considered necessary to adopt an optical information recording method based on a principle different from the conventional one.
【０００３】そのような新しい原理に基づく光情報記録
媒体としては、光インタカレーションあるいは光デイン
タカレーションと呼ばれる現象を利用したものが知られ
ている（Ｈ． Ｔｒｉｂｕｔｓｃｈ， Ｓｏｌｉｄ Ｓ
ｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ ９ ＆ １０ （１９８３）
， ｐ．４１〜５７）。光インタカレーションとは、光
の照射によって結晶の格子内空隙あるいは層間にイオン
などのゲストを取り込む現象であり、光デインタカレー
ションとは、取り込んだゲストを光の照射によって放出
する現象である。光情報記録媒体には、そのような光イ
ンタカレーションあるいは光デインタカレーションによ
って光学的あるいは電気的特性が変化する物質が用いら
れる。そのような物質は、既にエレクトロクロミック表
示素子などに応用されている。[0003] As an optical information recording medium based on such a new principle, one that utilizes a phenomenon called optical intercalation or optical deintercalation is known (H. Tributsch, Solid S
tate Ionics 9 & 10 (1983)
, p. 41-57). Photointercalation is a phenomenon in which guests, such as ions, are taken into voids or layers in the lattice of a crystal by irradiation with light, and photodeintercalation is a phenomenon in which guests, such as ions, are released by irradiation with light. Optical information recording media use materials whose optical or electrical properties change due to such optical intercalation or optical deintercalation. Such materials have already been applied to electrochromic display elements and the like.
【０００４】上記論文に示された光情報記録媒体におい
ては、そのような光インタカレーションあるいは光デイ
ンタカレーション効果を示すものとして、銅イオンを取
り込むことによって透明となる光半導体が用いられてい
る。その光半導体は、一側面に金属銅からなる対向電極
が配設された透明な電解質の他側面に隣接して配置され
、その光半導体と対向電極とが互いに電気的に接続され
るようになっている。このような光情報記録媒体によれ
ば、電解質側から所定のエネルギーの光を照射すると、
その光によって光半導体の電解質と接する界面が励起さ
れ、電解質中の銅イオンが光半導体内に取り込まれて、
光半導体が徐々に透明となっていく。そして、光の照射
を止めると、そのときの状態で保持される。すなわち、
光情報が記録される。記録された光情報を読み出すとき
には、情報記録用の光よりエネルギーの小さい光を照射
して、その透過光あるいは反射光を観察するようにすれ
ばよい。[0004] In the optical information recording medium described in the above paper, an optical semiconductor that exhibits such optical intercalation or optical deintercalation effects is used, which becomes transparent by incorporating copper ions. . The optical semiconductor is placed adjacent to the other side of a transparent electrolyte having a counter electrode made of metallic copper on one side, and the optical semiconductor and the counter electrode are electrically connected to each other. ing. According to such an optical information recording medium, when light of a predetermined energy is irradiated from the electrolyte side,
The light excites the interface of the optical semiconductor in contact with the electrolyte, and copper ions in the electrolyte are taken into the optical semiconductor.
Optical semiconductors gradually become transparent. Then, when the light irradiation is stopped, the state at that time is maintained. That is,
Optical information is recorded. When reading recorded optical information, it is sufficient to irradiate light with lower energy than the light for information recording and observe the transmitted light or reflected light.
【０００５】このように、光インタカレーション効果あ
るいは光デインタカレーション効果を利用した光情報記
録媒体は、その出力信号が、情報記録時に入力される光
の強度に比例するのみでなく、その入力光の照射時間に
も依存する。すなわち、アナログ的な応答を示す。した
がって、メモリ機能と学習機能との両方を兼ね備えてい
るという特徴がある。しかも、その情報記録は並列的に
行わせることができる。したがって、このような原理の
光情報記録媒体を用いれば、画像情報の並列処理も可能
となると考えられる。[0005] As described above, an optical information recording medium that utilizes the optical intercalation effect or optical deintercalation effect has an output signal that is not only proportional to the intensity of the light input when recording information, but also proportional to the intensity of the input light. It also depends on the light irradiation time. In other words, it shows an analog response. Therefore, it is characterized by having both a memory function and a learning function. Moreover, the information recording can be performed in parallel. Therefore, it is thought that parallel processing of image information will be possible if an optical information recording medium based on this principle is used.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような光情報記録媒体の場合には、銅イオンを光半導体
にインタカレートさせるために、対向電極から電解質中
に銅が溶解していくようにすることが必要となる。した
がって、光情報を記録する際には回路が閉じていなけれ
ばならず、しかも、その対向電極としては金属銅を用い
ることが必要となる。そのために、そのような光情報記
録媒体では、光が照射される側に不透明の金属銅が存在
することになり、光情報がかなり遮られるという問題が
ある。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the case of the above-mentioned optical information recording medium, in order to intercalate copper ions into the optical semiconductor, copper is dissolved into the electrolyte from the counter electrode. It is necessary to do so. Therefore, when recording optical information, the circuit must be closed, and metal copper must be used as the counter electrode. Therefore, in such an optical information recording medium, opaque metal copper exists on the side to which light is irradiated, and there is a problem in that optical information is considerably blocked.
【０００７】一方、特開昭６３−１９１３３６号公報に
は、上述の光情報記録媒体とは逆に、情報記録用の光を
光半導体側から照射するようにしたものが開示されてい
る。その光情報記録媒体の場合には、インタカレートし
ていない状態で透明な光半導体が用いられる。そして、
金属の対向電極は光の照射側とは反対側に配置される。
したがって、その電極によって光が遮られることはなく
、情報記録の初期においては、照射された光は光半導体
の電解質との界面に確実に到達する。On the other hand, JP-A-63-191336 discloses an optical information recording medium in which, contrary to the above-mentioned optical information recording medium, light for information recording is irradiated from the optical semiconductor side. In the case of the optical information recording medium, a transparent optical semiconductor is used in a non-intercalated state. and,
The metal counter electrode is arranged on the side opposite to the light irradiation side. Therefore, the light is not blocked by the electrode, and in the early stage of information recording, the irradiated light reliably reaches the interface with the electrolyte of the optical semiconductor.
【０００８】しかしながら、そのような光情報記録媒体
の場合にも、金属イオンを取り込んだ光半導体は不透明
となるので、情報記録が進むと、光は光半導体と電解質
との界面に到達する前に光半導体に吸収されることにな
り、やはり光情報が遮られてしまう。この問題は、特開
平２−８７３３８号公報に開示されている光情報記録媒
体においても同様に存在している。However, even in the case of such optical information recording media, the optical semiconductor that incorporates metal ions becomes opaque, so as information recording progresses, light evaporates before reaching the interface between the optical semiconductor and the electrolyte. It will be absorbed by the optical semiconductor, and optical information will still be blocked. This problem also exists in the optical information recording medium disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-87338.
【０００９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、光情報が遮られることな
く光インタカレーション効果あるいは光デインタカレー
ション効果によって記録される光情報記録媒体を得るこ
とである。The present invention was made in view of these problems, and its purpose is to provide an optical information recording system in which optical information is recorded by optical intercalation effect or optical deintercalation effect without being interrupted. It's about getting the medium.
【００１０】0010
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、図１に示されているように、透明でか
つ高イオン伝導性の電解質１と光インタカレーション効
果あるいは光デインタカレーション効果を示す光半導体
２とを、情報記録用の光３が照射される側から順に、互
いに接触させた状態で配置することによって、光情報記
録媒体を構成するようにしている。電解質１としては、
液体、半固体、あるいは固体のうちの１種以上の組み合
わせが用いられる。電解質１が液体の場合には、絶縁性
の透明基板と光半導体２とによってセルを形成し、その
セル内に電解質１を封入するようにすればよい。書き換
え可能な光情報記録媒体とする場合には、電解質１の光
照射側に透明電極４を配置し、その電極４と光半導体２
との間に所要の電圧を印加し得る電圧印加装置５を設け
るようにする。ただし、読み出し専用の光情報記録媒体
の場合にも、そのような電極４と電圧印加装置５とを設
けることが望ましい。また、電解質１と光半導体２との
間の界面には、反応触媒層６を形成することが望ましい
。[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, in the present invention, as shown in FIG. The optical information recording medium is constructed by arranging the optical semiconductors 2 exhibiting the takalation effect in contact with each other in order from the side to which the information recording light 3 is irradiated. As electrolyte 1,
A combination of one or more of liquid, semi-solid, or solid may be used. When the electrolyte 1 is a liquid, a cell may be formed by an insulating transparent substrate and the optical semiconductor 2, and the electrolyte 1 may be sealed within the cell. In the case of a rewritable optical information recording medium, a transparent electrode 4 is arranged on the light irradiation side of the electrolyte 1, and the electrode 4 and the optical semiconductor 2
A voltage application device 5 capable of applying a required voltage between the two is provided. However, it is desirable to provide such an electrode 4 and voltage application device 5 even in the case of a read-only optical information recording medium. Further, it is desirable to form a reaction catalyst layer 6 at the interface between the electrolyte 1 and the optical semiconductor 2.
【００１１】[0011]
【作用】このように構成することにより、電解質１側か
ら光３を照射すると、その光３は、透明電解質１を通し
て光半導体２との界面に到達する。そして、その光３に
よって光半導体２が励起され、光インタカレーションあ
るいはデインタカレーション現象により、光半導体２の
光学的特性及び電気的特性が変化する。[Operation] With this structure, when light 3 is irradiated from the electrolyte 1 side, the light 3 passes through the transparent electrolyte 1 and reaches the interface with the optical semiconductor 2. Then, the optical semiconductor 2 is excited by the light 3, and the optical characteristics and electrical characteristics of the optical semiconductor 2 change due to the optical intercalation or deintercalation phenomenon.
【００１２】その場合の電解質１と光半導体２との界面
における現象は次のように考えられる。説明の都合上、
光半導体２として光インタカレーション効果を示すｎ型
半導体を用いる場合について説明する。ｎ型の光半導体
を高イオン伝導性の電解質に接触させると、半導体のフ
ェルミレベルと電解質の酸化還元電位とが一致し、図２
に示されているように半導体側に空間電荷層が形成され
る。この状態で、半導体のバンドギャップより大きなエ
ネルギーを持つ光が透明電解質を通して半導体との界面
に入射すると、空間電荷層の内部に電子ｅ− と正孔ｈ
＋ との対が発生する。そして、その電子・正孔対から
なる光励起されたキャリヤは、内部電界によって分離さ
れ、それぞれ伝導帯及び価電子帯に沿って界面側へと移
動する。バンドの曲がりに沿って界面に移動してきた正
孔ｈ＋ は、電解質内の化学種を酸化してイオンＭ＋
を作る。
そのイオンＭ＋ は、半導体内の電子ｅ− とともに界
面から半導体中に引き込まれる。こうして、イオンＭ＋
が光半導体の結晶内に取り込まれ、層間化合物が形成
される。すなわち、光インタカレーション現象が生じる
。そして、導入されたイオンＭ＋ が光学的にはカラー
センターとして、電気的にはドナーとして働くことによ
り、光半導体の光学的及び電気的特性が変化する。The phenomenon at the interface between the electrolyte 1 and the optical semiconductor 2 in that case can be considered as follows. For convenience of explanation,
A case where an n-type semiconductor exhibiting a light intercalation effect is used as the optical semiconductor 2 will be described. When an n-type optical semiconductor is brought into contact with a highly ionic conductive electrolyte, the Fermi level of the semiconductor matches the redox potential of the electrolyte, and as shown in Figure 2.
A space charge layer is formed on the semiconductor side as shown in FIG. In this state, when light with energy greater than the band gap of the semiconductor enters the interface with the semiconductor through the transparent electrolyte, electrons e- and holes h are created inside the space charge layer.
A pair with + occurs. The photo-excited carriers consisting of electron-hole pairs are separated by the internal electric field and move toward the interface along the conduction band and valence band, respectively. The holes h+ that have moved to the interface along the bend of the band oxidize the chemical species in the electrolyte, causing the ions M+
make. The ions M+ are drawn into the semiconductor from the interface together with the electrons e- within the semiconductor. In this way, the ion M+
is incorporated into the crystal of the optical semiconductor, forming an interlayer compound. That is, a light intercalation phenomenon occurs. Then, the introduced ions M+ function optically as a color center and electrically as a donor, thereby changing the optical and electrical characteristics of the optical semiconductor.
【００１３】光デインタカレーション効果を示すｐ型の
光半導体の場合には、光照射時に層間からイオンＭ＋
が電解質側へ引き抜かれる。In the case of a p-type photosemiconductor that exhibits a photodeintercalation effect, ions M+ are released from between the layers during light irradiation.
is pulled out to the electrolyte side.
【００１４】このように、この光情報記録媒体の場合に
は、光半導体２の界面上において酸化及び還元反応が同
時に進行することにより、イオンが光半導体２中に引き
込まれ、あるいは光半導体２から放出されると考えられ
る。したがって、前述の文献に示されているように光半
導体と対向電極とが電気的に接続されている必要はなく
、２極間の回路が開いた状態でも、光インタカレーショ
ン現象あるいは光デインタカレーション現象が進行する
。本発明者らの実験によれば、光（デ）インタカレーシ
ョン反応は２極間を開放した状態でも進行し、しかも、
反応速度は短絡した場合と変わらないことが確かめられ
た。[0014] In this way, in the case of this optical information recording medium, ions are drawn into the optical semiconductor 2 or removed from the optical semiconductor 2 due to the simultaneous progress of oxidation and reduction reactions on the interface of the optical semiconductor 2. It is thought that it will be released. Therefore, as shown in the above-mentioned literature, there is no need for the optical semiconductor and the counter electrode to be electrically connected, and even if the circuit between the two electrodes is open, the optical intercalation phenomenon or optical deintercalation phenomenon may occur. ration phenomenon progresses. According to experiments conducted by the present inventors, the photo(de)intercalation reaction proceeds even when the gap between the two poles is open, and
It was confirmed that the reaction rate was the same as in the case of short circuit.
【００１５】したがって、この光情報記録媒体の場合に
は、透明電極４や電圧印加装置５を設けなくても光情報
を記録することはできる。しかしながら、光３を照射す
る際に、電圧印加装置５によって透明電極４と光半導体
２との間に特定のバイアス電圧を印加するようにすれば
、その反応速度を向上させることができる。更に、透明
電解質１と光半導体２との間の界面に反応触媒層６を形
成することによって、反応速度を一層向上させることが
できる。Therefore, in the case of this optical information recording medium, optical information can be recorded without providing the transparent electrode 4 or the voltage application device 5. However, if a specific bias voltage is applied between the transparent electrode 4 and the optical semiconductor 2 by the voltage application device 5 when irradiating the light 3, the reaction speed can be improved. Furthermore, by forming the reaction catalyst layer 6 at the interface between the transparent electrolyte 1 and the optical semiconductor 2, the reaction rate can be further improved.
【００１６】このようにして、イオンが光半導体２中に
挿入される過程あるいは光半導体２から放出される過程
が光情報として記録される。記録された光情報の読み出
しは、光半導体２のバンドギャップより小さいエネルギ
ーの光を照射し、そのときの光半導体の透過率や反射率
等の光学的変化、あるいは導電率や界面容量等の電気的
変化を利用することによって行われる。In this way, the process in which ions are inserted into the optical semiconductor 2 or released from the optical semiconductor 2 is recorded as optical information. To read out the recorded optical information, light with an energy smaller than the bandgap of the optical semiconductor 2 is irradiated, and optical changes such as transmittance and reflectance of the optical semiconductor 2, or electrical changes such as conductivity and interfacial capacitance, are detected at that time. This is done by making use of physical changes.
【００１７】また、光インタカレーション反応あるいは
光デインタカレーション反応は可逆的な反応であるので
、その反応後、透明電極４と光半導体２との間に特定の
電圧を印加すれば、光半導体２の光学的・電気的特性は
初期状態に戻る。したがって、光情報の記録後、電圧印
加装置５によって透明電極４と光半導体２との間に所要
の電圧を印加することにより、光情報を消去することが
できる。こうして、透明電極４及び電圧印加装置５を設
けることにより、光情報の書き込み及び消去が可能な光
情報記録媒体とすることができる。Furthermore, since the photointercalation reaction or the photodeintercalation reaction is a reversible reaction, if a specific voltage is applied between the transparent electrode 4 and the photosemiconductor 2 after the reaction, the photosemiconductor The optical and electrical characteristics of No. 2 return to their initial states. Therefore, after the optical information is recorded, the optical information can be erased by applying a required voltage between the transparent electrode 4 and the optical semiconductor 2 using the voltage application device 5. In this way, by providing the transparent electrode 4 and the voltage application device 5, an optical information recording medium on which optical information can be written and erased can be obtained.
【００１８】そして、その光情報記録媒体においては、
電解質１中に金属イオンを溶出させる必要がないので、
不透明な金属電極を用いる必要がない。情報の消去等の
ために対向電極４を設ける場合にも、その電極４はＩＴ
Ｏ等の透明なものとすることができる。また、光半導体
２は光３の照射側とは反対側に配置されるので、その光
半導体２の光学的特性変化によって光情報が遮られるよ
うなこともない。したがって、入力された光情報は正確
に記録されるようになる。[0018] In the optical information recording medium,
Since there is no need to elute metal ions into electrolyte 1,
There is no need to use opaque metal electrodes. Even when a counter electrode 4 is provided for erasing information, etc., the electrode 4 is
It can be made of a transparent material such as O. Furthermore, since the optical semiconductor 2 is placed on the opposite side to the side irradiated with the light 3, optical information will not be blocked by changes in the optical characteristics of the optical semiconductor 2. Therefore, the input optical information is accurately recorded.
【００１９】本発明の光情報記録媒体の応用としては、
大きく分けて次の３つが考えられる。
（１） 並列イメージセンサ、画像メモリ光（デ）イン
タカレーション効果は、光学的特性の変化と同時に電気
的特性の変化も伴う。したがって、これを利用した光ニ
ューロデバイスを考えると、シナプス結合荷重の光制御
が可能となることから、より視覚に近い並列方式イメー
ジセンシングの実現を期待することができる。また、書
き換え可能な画像メモリや、更にはホログラフィにも応
用することができる。
（２） 空間光変調、画像認識・演算など上述のように
構成された光（デ）インタカレーションセルは、光半導
体のバンドギャップより大きいエネルギーの光を変調入
力とした空間光変調器に直接応用することができる。ま
た、画像の学習能力を利用することにより、情報の書き
換え機能を内蔵した画像認識・演算デバイスを実現する
ことができる。
（３） コンピューターインタフェイスコンピューター
と光（デ）インタカレーションセルとを結合すれば、画
像を一時的に記録したり表示したりするシステムを開発
することができ、新しいインタフェイス技術に応用する
ことができる。Applications of the optical information recording medium of the present invention include:
The following three types can be considered. (1) Parallel image sensor, image memory The optical (de)intercalation effect is accompanied by a change in electrical characteristics as well as a change in optical characteristics. Therefore, considering an optical neuron device using this, it is possible to optically control synaptic connection loads, and we can expect to realize parallel image sensing that is more similar to visual perception. It can also be applied to rewritable image memory and even holography. (2) Optical (de)intercalation cells configured as described above, such as spatial light modulation, image recognition/computation, etc., are directly connected to a spatial light modulator whose modulation input is light with an energy greater than the bandgap of the optical semiconductor. It can be applied. Furthermore, by utilizing the learning ability of images, it is possible to realize an image recognition/arithmetic device with a built-in information rewriting function. (3) Computer interface By combining a computer and an optical (de)intercalation cell, it is possible to develop a system for temporarily recording and displaying images, which can be applied to new interface technologies. Can be done.
【００２０】[0020]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
３に示されているように、ｎ型の光半導体であるアモル
ファスＷＯ３ 薄膜１１を蒸着したネサガラス基板１２
と、ＩＴＯ薄膜からなる透明電極１３をコートした石英
基板１４とを互いに向かい合わせ、周辺をアクリル樹脂
１５によって封止するとともに、内部に液体電解質１６
を封入することにより、液晶表示素子と同様なセル１７
を作製した。ネサガラス基板１２とアモルファスＷＯ３
薄膜１１との間には、その薄膜１１に電圧を印加する
ためのＳｎＯ２ からなる透明な第２電極１８が挟み込
まれている。各基板１２，１４の電極１３，１８は電圧
印加装置（図示せず）を介して互いに接続され、その電
圧印加装置によってセル１７に電圧が印加されるように
なっている。電解質１６としては、アモルファスＷＯ３
薄膜１１の光溶出がないエタノール（Ｃ２ Ｈ５ ＯＨ
）を用いた。[Examples] Examples of the present invention will be described below. As shown in FIG. 3, a Nesa glass substrate 12 on which an amorphous WO3 thin film 11, which is an n-type optical semiconductor, is deposited
and a quartz substrate 14 coated with a transparent electrode 13 made of an ITO thin film are placed facing each other, the periphery is sealed with an acrylic resin 15, and a liquid electrolyte 16 is placed inside.
By enclosing a cell 17 similar to a liquid crystal display element,
was created. Nesa glass substrate 12 and amorphous WO3
A transparent second electrode 18 made of SnO2 is sandwiched between the thin film 11 and the thin film 11 for applying a voltage to the thin film 11. The electrodes 13 and 18 of each substrate 12 and 14 are connected to each other via a voltage application device (not shown), and a voltage is applied to the cell 17 by the voltage application device. As the electrolyte 16, amorphous WO3
Ethanol (C2 H5 OH) with no photoelution of thin film 11
) was used.
【００２１】このように構成されたセル１７に、石英基
板１４側から光を照射した。その光源には、５００ Ｗ
のキセノンランプを使用した。そして、そのセル１７を
透過した光の強度を、必要に応じてフィルタ１９を通し
、フォトダイオード２０により検出した。こうして、光
インタカレーション効果によるアモルファスＷＯ３ 薄
膜１１の着色量を測定した。また、アモルファスＷＯ３
薄膜１１上にＡｌ（アルミニウム）をストライプ状に
蒸着して図３と同様なセル（ただし、透明第２電極１８
は付けない）を作製し、四端子法を用いて薄膜１１の導
電率変化を測定した。Light was irradiated onto the thus constructed cell 17 from the quartz substrate 14 side. The light source has a 500W
A xenon lamp was used. Then, the intensity of the light transmitted through the cell 17 was detected by a photodiode 20 after passing through a filter 19 as necessary. In this way, the amount of coloring of the amorphous WO3 thin film 11 due to the optical intercalation effect was measured. In addition, amorphous WO3
A cell similar to that shown in FIG. 3 is formed by vapor-depositing Al (aluminum) in stripes on the thin film 11 (however, the transparent second electrode 18
) was prepared, and the change in conductivity of the thin film 11 was measured using the four-terminal method.
【００２２】セル１７への光の連続照射は、両電極１３
，１８間を開放した状態で行う場合と、短絡した状態で
行う場合との２通りが考えられるが、ここでは、まず、
そのうちセル電極１３，１８を開放して動作させる方で
実験することとした。その実験結果である規格化透過光
強度（着色量）の時間変化を図４に示す。また、同図に
は、遮断波長４２０ｎｍ を持つ紫外線除去フィルタ１
９を使用した場合の結果についても示されている。Continuous irradiation of light to the cell 17 is carried out by both electrodes 13
, 18 are open, and short-circuited. Here, first,
Among these, we decided to experiment with operating the cell electrodes 13 and 18 with them open. FIG. 4 shows the temporal change in the normalized transmitted light intensity (coloring amount), which is the experimental result. The same figure also shows an ultraviolet removal filter 1 with a cutoff wavelength of 420 nm.
9 are also shown.
【００２３】図４に示されているように、セル１７の光
照射部は次第に濃青色に着色し、それに伴って透過光強
度は減少して一定値に近づいていく。しかしながら、そ
の着色は、紫外線除去フィルタ１９を使用すると生じな
い。使用したフィルタ１９の遮断波長が４２０ｎｍ で
あること、また、アモルファスＷＯ３ のバンドギャッ
プが約３．２ ｅＶ（約３９０ｎｍ の波長に相当）で
あることから、光インタカレーション効果はバンドギャ
ップより大きいエネルギーを持つ近紫外光によって生じ
ていることがわかる。なお、着色後の光吸収スペクトル
がエレクトロクロミックセルの場合と同様であることか
ら、光照射によりアモルファスＨＸ ＷＯ３ が生成さ
れていることが推測される。As shown in FIG. 4, the light irradiated portion of the cell 17 gradually becomes colored deep blue, and the transmitted light intensity decreases and approaches a constant value accordingly. However, this coloration does not occur when the ultraviolet removal filter 19 is used. Since the cutoff wavelength of the filter 19 used is 420 nm and the band gap of amorphous WO3 is about 3.2 eV (corresponding to a wavelength of about 390 nm), the optical intercalation effect is caused by an energy larger than the band gap. It can be seen that this is caused by near-ultraviolet light with . Note that since the light absorption spectrum after coloring is similar to that of the electrochromic cell, it is presumed that amorphous HX WO3 is generated by light irradiation.
【００２４】セル電極１３，１８を短絡して光照射した
場合の着色特性についても測定を行った。その着色特性
は図４に示されている電極開放の場合とほとんど同じで
あったが、電極１３，１８間には数百μＡ程度の短絡電
流が流れ、セル１７内に気泡が発生した。このことから
、短絡電流は光インタカレーション現象に関与しない反
応によるものと考えられる。The coloring characteristics when the cell electrodes 13 and 18 were short-circuited and irradiated with light were also measured. Although the coloring characteristics were almost the same as in the case of open electrodes shown in FIG. 4, a short circuit current of about several hundred μA flowed between the electrodes 13 and 18, and bubbles were generated in the cell 17. From this, it is considered that the short-circuit current is due to a reaction that does not involve the photointercalation phenomenon.
【００２５】また、図５に、光インタカレーション効果
によるアモルファスＷＯ３ 薄膜１１の導電率変化の測
定結果を示す。この図から、薄膜１１の導電率は時間の
経過に伴って４桁以上の急激な増加を示すことがわかる
。
このように、光インタカレーション現象は、着色現象と
ともに電気的特性の変化も同時に生じる。Furthermore, FIG. 5 shows the measurement results of the change in conductivity of the amorphous WO3 thin film 11 due to the optical intercalation effect. From this figure, it can be seen that the conductivity of the thin film 11 shows a rapid increase of more than four orders of magnitude over time. In this way, the optical intercalation phenomenon causes a change in electrical characteristics as well as a coloring phenomenon.
【００２６】一定時間の光照射後、ＩＴＯの透明電極１
３に対して第２電極１８側が正電位になるように電圧を
印加したところ、アモルファスＷＯ３ 薄膜１１は直ち
に初期の透明状態に戻り、その導電率も初期状態に戻っ
た。これにより、光インタカレーション効果には着色及
び導電率を可逆的に制御することができるという特徴が
あることがわかる。After irradiation with light for a certain period of time, the ITO transparent electrode 1
When a voltage was applied to the amorphous WO3 thin film 11 so that the second electrode 18 side had a positive potential, the amorphous WO3 thin film 11 immediately returned to its initial transparent state, and its electrical conductivity also returned to its initial state. This shows that the photointercalation effect has the characteristic that coloring and conductivity can be reversibly controlled.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、イオンが介在した光電現象である光インタカ
レーション効果あるいは光デインタカレーション効果を
利用して光情報を記録するようにしているので、その光
情報記録媒体は、網膜視細胞の光知覚と共通するところ
のあるものとなる。しかも、その光情報記録媒体は、２
次元光情報記録方式として望ましいメモリ性、可逆性、
学習などの機能を備えている。また、記録された情報は
、光学的にも電気的にも読み出すことができる。したが
って、これらの特徴を十分に活かすことにより、並列処
理イメージセンシングや空間光変調、画像演算などへの
応用が期待でき、幅広い応用が可能な光情報記録媒体を
得ることができる。そして、その光インタカレーション
あるいは光デインタカレーション現象は、光半導体と電
解質との間の界面における酸化及び還元反応により進行
するので、その光情報記録媒体には不透明な金属電極を
用いる必要がない。また、情報記録用の光の照射側に電
解質が配置されるので、光学的特性が変化する光半導体
によってその光が妨げられることもない。したがって、
光半導体と電解質との界面には常に十分な光を照射する
ことができ、光情報を正確に記録するとともに、学習機
能も確実に発揮させることが可能となる。更に、電解質
の光照射側に透明電極を配置して、その透明電極と光半
導体との間に所要の電圧を印加することができるように
すれば、記録された情報を消去することも可能となり、
書き換え可能な光情報記録媒体とすることができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, optical information can be recorded using the optical intercalation effect or the optical deintercalation effect, which is a photoelectric phenomenon involving ions. Therefore, the optical information recording medium has something in common with the light perception of retinal photoreceptor cells. Moreover, the optical information recording medium is 2
Desirable memory performance, reversibility, and
It has functions such as learning. Furthermore, the recorded information can be read out both optically and electrically. Therefore, by making full use of these characteristics, applications such as parallel processing image sensing, spatial light modulation, and image calculation can be expected, and an optical information recording medium that can be used in a wide range of applications can be obtained. The optical intercalation or optical deintercalation phenomenon proceeds through oxidation and reduction reactions at the interface between the optical semiconductor and the electrolyte, so there is no need to use opaque metal electrodes in the optical information recording medium. . Furthermore, since the electrolyte is placed on the side where the information recording light is irradiated, the light is not obstructed by an optical semiconductor whose optical characteristics change. therefore,
Sufficient light can always be irradiated to the interface between the optical semiconductor and the electrolyte, making it possible to accurately record optical information and to ensure the learning function. Furthermore, by placing a transparent electrode on the light irradiation side of the electrolyte and applying the required voltage between the transparent electrode and the optical semiconductor, recorded information can also be erased. ,
It can be a rewritable optical information recording medium.
【図１】本発明による光情報記録媒体の基本的な構造を
示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of an optical information recording medium according to the present invention.
【図２】その光情報記録媒体の原理を説明するための、
ｎ型光半導体と電解質との界面におけるエネルギーバン
ド図である。[Fig. 2] To explain the principle of the optical information recording medium,
FIG. 3 is an energy band diagram at the interface between an n-type optical semiconductor and an electrolyte.
【図３】本発明による光情報記録媒体の実施例に用いた
光インタカレーションセルの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of an optical intercalation cell used in an embodiment of the optical information recording medium according to the present invention.
【図４】その光インタカレーションセルに光を照射した
ときの規格化透過光強度の時間変化を示す実験結果のグ
ラフである。FIG. 4 is a graph of experimental results showing temporal changes in normalized transmitted light intensity when the optical intercalation cell is irradiated with light.
【図５】その光インタカレーションセルに用いられてい
るアモルファスＷＯ３ 薄膜の、光照射に伴う導電率の
時間変化を示す実験結果のグラフである。FIG. 5 is a graph of experimental results showing changes over time in electrical conductivity of the amorphous WO3 thin film used in the photointercalation cell due to light irradiation.
１ 電解質
２ 光半導体
３ 光
４ 透明電極
５ 電圧印加装置
６ 反応触媒層
１１ アモルファスＷＯ３ 薄膜（光半導体）１２
ガラス基板
１３ 透明電極
１４ 石英基板
１６ 液体電解質
１７ 光インタカレーションセル
１８ 第２電極1 Electrolyte 2 Optical semiconductor 3 Light 4 Transparent electrode 5 Voltage application device 6 Reaction catalyst layer 11 Amorphous WO3 Thin film (optical semiconductor) 12
Glass substrate 13 Transparent electrode 14 Quartz substrate 16 Liquid electrolyte 17 Photointercalation cell 18 Second electrode
Claims (3)
解質と、光インタカレーション効果あるいは光デインタ
カレーション効果を示す光半導体とを、互いに接触させ
た状態で、情報記録用の光が照射される側から順に配置
してなる、光情報記録媒体。Claim 1: A transparent electrolyte having high ionic conductivity and an optical semiconductor exhibiting a photointercalation effect or a photodeintercalation effect are irradiated with light for information recording while in contact with each other. An optical information recording medium that is arranged in order from the front side.
面に、反応触媒層を形成したことを特徴とする、請求項
１記載の光情報記録媒体。2. The optical information recording medium according to claim 1, further comprising a reaction catalyst layer formed at the interface between the electrolyte and the optical semiconductor.
透明電極を配置するとともに、その電極と前記光半導体
との間に所要の電圧を印加し得る電圧印加装置を設けた
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の光情報記録媒
体。3. A transparent electrode is disposed on the side of the electrolyte that is irradiated with the light, and a voltage application device that can apply a required voltage between the electrode and the optical semiconductor is provided. The optical information recording medium according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113737A JPH04319545A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Optical information recording medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113737A JPH04319545A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Optical information recording medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04319545A true JPH04319545A (en) | 1992-11-10 |
Family
ID=14619860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3113737A Pending JPH04319545A (en) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | Optical information recording medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04319545A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0947351A4 (en) * | 1997-10-17 | 1999-10-06 | ||
| US7426174B2 (en) | 2002-05-27 | 2008-09-16 | Hitachi, Ltd. | Information recording medium having pair of electrodes |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS615985A (en) * | 1984-06-20 | 1986-01-11 | Toshiba Corp | Optical recording medium |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3113737A patent/JPH04319545A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS615985A (en) * | 1984-06-20 | 1986-01-11 | Toshiba Corp | Optical recording medium |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0947351A4 (en) * | 1997-10-17 | 1999-10-06 | ||
| EP0947351A1 (en) * | 1997-10-17 | 1999-10-06 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Memory member |
| US7426174B2 (en) | 2002-05-27 | 2008-09-16 | Hitachi, Ltd. | Information recording medium having pair of electrodes |
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