JPH06130440A

JPH06130440A - 光情報処理素子

Info

Publication number: JPH06130440A
Application number: JP28467292A
Authority: JP
Inventors: Akiteru Fujii; 章照藤井; Mitsuru Yoneyama; 満米山; Tetsuo Murayama; 徹郎村山
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-05-13

Abstract

(57)【要約】【構成】少なくとも一方の電極が光透過性を有する電
極の間に光電変換層と、一定の波長の光照射により変化
した導電性を光遮断後も持続させる機能を有するメモリ
ー層とを有する光情報処理素子。【効果】本発明の光情報処理素子は光照射により受光
感度がアナログ的に変化する機能を有し、この状態が長
時間安定に記憶、保持され、演算処理、視覚情報処理、
ニューロコンピューター、センサー等各種用途に応用す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号に対する応答感
度を制御光により変化させることが可能で、変化した応
答感度を素子の内部に長時間記憶させておくことができ
る、パターン認識等の視覚情報処理、ニューロコンピュ
ーターに適した新規な光情報処理素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ニューラルネットワークによる情
報処理によって、従来困難であった連想記憶や学習等
の、本来、脳、神経系特有のものと考えられてきた情報
処理が可能になると考えられるようになってきた。ま
た、ニューラルネットワークをハードウエアとして実現
しようとする試みも多数なされるようになってきた。

【０００３】特に、光の持つ並列性、すなわち多くの情
報を同時に伝送したり処理したりする能力、そして配
線、クロストーク等における優位性、アナログ性、画像
の直接処理能力等の利点から、光ニューラルネットワー
ク、光ニューロコンピューターに対する期待が高まって
いる。その際、ニューラルネットワークの構成単位であ
るニューロ素子においては、入力情報に応じて、その１
つ１つの入力情報に対して重みづけする、生体の神経細
胞のシナプスに相当する部分が必要となる。更に、この
重みづけの度合いがアナログ的に変更可能で、変更後は
長時間記憶、保持される特性を有することがより望まし
い。

【０００４】このようなシナプス相当部を備えたニュー
ロ素子のモデルとして提唱されたものとしては、図４に
挙げるマッカローとピッツのモデルがある。このモデル
においては、ｉ番目の入力信号ｕ_i がシナプス相当部で
重み係数ｗ_i と積算され、この重みづけされた信号はす
べて加算されて、出力部において非線形的な関数ｇ
（ｘ）（デルタ関数、シグモイド型関数等）に従って出
力ｖがなされる。ｖ = ｇ（Σｗ_i ・ｕ_i ）この際、重み係数ｗ_i がアナログ的に可変であり、入力
信号に対する荷重の度合いが変化、保持されることが学
習、記憶、認識等の情報処理を実現するために不可欠で
あると考えられている。

【０００５】このようなモデルに従ったニューロ素子の
開発においては上記の生体のシナプス相当部をいかに実
現するかが鍵になっており、その一例としては特開平４
−５６３６号に見られるように、空間光変調器によって
光の透過率を制御する方法がある。このような空間光変
調器を用いる方法によれば、光の透過率の大小で上記式
１における重み係数ｗ_i に相当する重みづけを行うこと
ができる。しかし、光の透過率は外部から制御する必要
があり、制御した透過率の値は外部演算装置等によらな
ければ記憶することはできず、また、空間光変調器で実
現できる透過率の変化幅、すなわち学習前後でのコント
ラストには限界がある。

【０００６】一方、特開平４−９００１５号に見られる
ように、フォトダイオードからなる受光素子に対して外
部から制御電圧を加えて受光感度、すなわち光信号に対
する電気応答の度合いを変調することによって重みづけ
を実現する試みも行われているが、この素子においても
記憶機能を有していないため外部演算装置の併用が不可
欠である。

【０００７】この素子に記憶機能を付与したものとして
は、電子技術誌、１９９２年、１月号、２５頁〜２７頁
に示された記憶機能内蔵型の素子が挙げられる。この素
子においては金属−ガリウムひ素接合により形成された
接合部に制御光を照射することによって形成される空間
電荷の影響により信号光に対する検出感度が増大、保持
されると考えられており、この検出感度の変化を利用し
て重みづけを行っている。しかし、検出感度の増加はせ
いぜい数倍程度であり、増大した検出感度は約２０分程
度でなくなるため、記憶機能として十分であるとは言い
がたい。

【０００８】一方、材料については、ニューロ素子とし
てはＳｉ、ＧａＡｓ等の無機半導体材料を用いた既存の
無機半導体素子の延長上のものがほとんどであった。事
実、一般にエレクトロニクス用に使用されている素子に
は、一部の補助的な部品等を除いては無機材料の有する
機能を用いたものがほとんどであった。しかし、近年有
機材料の持つ機能をエレクトロニクス分野に応用する研
究が活発に行われている。実用化した例としては、液晶
ディスプレイ、光プリンタ用感光体、コンデンサー等が
挙げられ、従来有機材料の欠点とされていた耐久性が、
材料や使用条件の最適化により、無機材料と比べ遜色な
く、場合によっては無機材料よりも優れていることが明
らかにされ、エレクトロニクスの基本部品である素子に
有機材料を用いる研究も更に盛んに行われるようになっ
てきた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の光情報処理素子
においては、入力情報に対する重み係数の制御を外部機
器からの操作によって行ったり、重み係数の記憶を外部
演算装置で行う等、外部装置に依存し、素子自体に記憶
機能を有していないものがほとんどであった。また、記
憶機能を有しているものにしても、記憶の保持時間が極
めて短いことや記憶時と非記憶時の差が小さい等の欠点
があり、実用には不適であった。また、材料においても
無機半導体を用いているものがほとんどで、作製にかか
るコストや煩雑さもあってより容易にかつ安価に作製が
可能な素子が望まれていた。

【００１０】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、有機材料を用いて、従来作
製が困難であった記憶機能を内蔵し、さらに良好な記憶
保持能力を有する光情報処理素子を得ることを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、少なく
とも一方が光透過性を有する電極間に光電変換層と、一
定の波長の光照射により変化した導電性を光遮断後も持
続させる機能を有するメモリー層とを有することを特徴
とする光情報処理素子に存する。以下、本発明を詳細に
説明する。

【００１２】まず、電極について説明する。電極は、支
持体上に導電性薄膜層として形成される。支持体として
は、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチック
フィルムやシート等が用いられるが、ガラス板、透明な
プラスチック（ポリエステル、ポリメタクリレート、ポ
リカーボネート）の板等が好ましい。電極として用いる
ことのできる金属板等は支持体を兼ねることができる。

【００１３】電極形成材料は、通常、アルミニウム、
金、銀、白金、カドミウム、ニッケル、インジウム、パ
ラジウム、テルル等の金属、インジウム及び／又はスズ
等の金属の酸化物、ヨウ化銅、カーボンブラック、ポリ
（３ーメチルチオフェン）やポリピロール等の導電性樹
脂が用いられる。導電性薄膜層は、電極形成材料が金属
や金属酸化物の場合は、通常は、スパッタリング法、真
空蒸着法等により形成されるが、電極形成材料の種類に
よっては他の方法により形成されてもよい。例えば、銀
等の金属微粒子、ヨウ化銅、カーボンブラック、導電性
の金属酸化物微粒子、導電性樹脂粉末等の場合には、適
当なバインダー樹脂溶液に電極形成材料を分散させた
後、支持体上に塗布する方法により形成すことができ
る。更に、導電性樹脂の場合は、電解重合により、直接
支持体上に形成することもできる。導電性薄膜層は、異
なる物質で積層することも可能である。

【００１４】導電性薄膜層の厚さは、特に制約はない
が、均一な導電性発現のためには少なくとも５０Å以上
とするのが好ましい。一方、光透過性が必要な場合は、
透過率を満足する膜厚以上にならないようにする必要が
ある。膜厚が厚くなる塗布法による場合でも、膜厚は通
常１００μｍ以下である。本発明においては、電極の少
なくとも一方が光透過性電極であることが必要である。
光透過性は、必ずしも全波長領域にわたる必要はない
が、少なくともメモリー層、光電変換層が吸収する光の
波長領域での光透過性が要求される。光の透過率は、高
いほど照射光の効率上好ましい。透過率としては少なく
とも１０％以上、実用上は３０％以上、好ましくは６０
％以上が必要である。

【００１５】次に、電極間に形成される光電変換層及び
メモリー層について説明する。光電変換層は、光を吸収
して正負の電荷分離により電荷キャリアーを発生させる
光導電性材料からなり、必要により、バインダー樹脂、
長鎖アルキル脂肪酸等の絶縁性材料、芳香族アミン、ヒ
ドラゾン化合物等のキャリアー輸送材料その他の添加物
と共に形成される。

【００１６】光導電性材料としては電子写真や太陽電池
等に用いられている光導電性材料が用いられる。無機系
の光導電性材料としては無定形セレンやセレン−テル
ル、セレン−ヒ素等のセレン合金、無定形シリコン、硫
化カドミウム、酸化亜鉛等が挙げられる。有機系の光導
電性材料としては、各種の色素や顔料が挙げられる。こ
のような例としては公知の文献で光電変換色素、電荷キ
ャリアー生成材料等として知られている化合物が挙げら
れる。

【００１７】文献例としては「電子写真技術の基礎と応
用」４３７頁−４４８頁（電子写真学会編、コロナ社、
１９８８年）、色材協会誌４７巻５９４頁−６０４
頁（丸山勝次、１９７４年）、「ＬＢ膜とエレクトロニ
クス」１９３頁−２０４頁（シーエムシー、１９８６
年）、「有機電子材料」９４頁−１０１頁（応用物理学
会編、オーム社、１９９０年）等がある。

【００１８】このような化合物の例としては、ポルフィ
リン系、シアニン系、メロシアニン系、ピリリウム系、
チアピリリウム系、トリアリールメタン系、スクアリリ
ウム系、アズレニウム系等の色素、ペリレン系、多環キ
ノン系、ピロロピロール系等の縮合環系色素、フタロシ
アニン系色素、アゾ系色素等が挙げられる。フタロシア
ニン系色素としては、無金属フタロシアニン系色素と共
に銅、バナジウム、インジウム、チタン、アルミニウ
ム、スズ、マグネシウム等の金属配位フタロシアニンの
各種結晶型色素を用いてもよい。アゾ系色素としては、
主にジスアゾ系、ビスアゾ系、トリスアゾ系色素が顔料
粒子の形で用いられる。

【００１９】メモリー層は、分子内に１個以上の窒素原
子を有する正孔輸送性の低分子化合物や、光の照射によ
り変化した導電性を光遮断後も持続させるメモリー性付
与機能を有する化合物等をバインダーポリマー中に分散
して構成される。まず、正孔輸送性の低分子化合物につ
いて説明する。正孔輸送性の低分子化合物は、メモリー
層の電荷キャリアーである正孔の輸送担体として作用す
る。正孔輸送現象は分子間の電子移動あるいは酸化還元
反応と見なすことができ、効果的な正孔輸送のために
は、イオン化ポテンシャルが小さい電子供与性化合物が
適している。

【００２０】本発明においては、上記の主旨から、正孔
輸送性の低分子化合物として、好ましくは分子内に１個
以上の窒素原子を有する化合物を用いる。特に、窒素原
子がπ電子共役系に結合し、分子間の配向配列性が良好
な化合物が好適である。また、窒素原子の形態として
は、ジエチルアミノ基のようなジアルキルアミノ基、ジ
フェニルアミノ基のようなジアリールアミン基等により
芳香族炭化水素や芳香族複素環に直接結合したアミノ
基、同様に、芳香族炭化水素や芳香族複素環に結合した
ヒドラゾ基、ヒドラゾノ基が挙げられ、その他には複素
環を構成する窒素原子が挙げられる。そして、複素環の
例としては、カルバゾール、インドール、ピラゾール、
ピラゾリン、オキサゾール等が挙げられる。

【００２１】上記のような正孔輸送性の低分子化合物
は、高分子化合物に比べて製造が容易であり、また、精
製による不純物の除去も容易なため、不純物に由来する
トラップ形成等によるメモリー特性の低下が少ない。更
に、低分子化合物は、一般的にバインダーポリマーとの
相溶性に優れているため、メモリー層中の含有量を増や
すことにより正孔の移動度を高めることも容易である。

【００２２】本発明においては、正孔輸送性の低分子化
合物として、ヒドラゾン化合物、特に、下記の化学式
［化１］で表されるヒドラゾン化合物が好適に用いられ
る。

【００２３】

【化１】

【００２４】上記の化学式［化１］中、Ａは少なくとも
一個の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を含む１価又
は２価の有機基を表し、そして、これらの環は置換基を
有していてもよい。具体的には次の（ａ）〜（ｄ）に記
載の有機基が挙げられる。（ａ）ベンゼン、ナフタリン、アントラセン、ピレン、
ペリレン、フェナントレン、フルオランテン、アセナフ
テン、アセナフチレン、アズレン、フルオレン、インデ
ン、テトラリン、ナフタセン等から誘導される１価又は
２価の有機基。当該有機基は、少なくとも１個の芳香族
炭化水素環を含む例である。

【００２５】（ｂ）ピロール、チオフェン、フラン、イ
ンドール、カルバゾール、ピラゾール、ピリジン、アク
リジン、フェナジン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン
等から誘導される１価又は２価の有機基。当該有機基
は、少なくとも１個の芳香族複素環を含む例である。（ｃ）上記の各有機基が直接結合した化合物から誘導さ
れる１価又は２価の有機基。

【００２６】上記の化合物としては、ビフェニル、ター
フェニル、フェニルアントラセン、ビチオフェン、ター
チオフェン、ビフラン、チエニルベンゼン、チエニルナ
フタリン、ピロリルチイオフェン、Ｎ−フェニルカルバ
ゾール等が挙げられる。（ｄ）上記の各有機基が結合基を介して結合した化合物
から誘導される１価又は２価の有機基。

【００２７】上記の結合基としては、下記の化学式［化
２］で表されるような置換基を有していてもよいアルキ
レン基又は下記の化学式［化３］で表されるような２価
の有機基が挙げられる。また、斯かるアルキレン基及び
２価の有機基を組合わせた結合基が挙げられる。

【００２８】

【化２】

【００２９】

【化３】

【００３０】（ｄ）に該当する化合物の具体例として
は、結合基により前記の芳香環や複素環が縮合環を形成
した、例えば、キサンテン、チオキサンテン、インドリ
ン、フェノチアジン、下記の化学式［化４］で表される
化合物等が挙げられる。

【００３１】

【化４】

【００３２】また、上記の他に、（ｄ）に該当する化合
物の具体例としては、ジフェニルメタン、スチルベン、
トラン、１，４−ジフェニルフタジエン、ジフェニルエ
ーテル、ジフェニルスルフィド、Ｎ−メチルジフェニル
アミン、トリフェニルアミン、アゾベンゼン等が挙げら
れる。更にまた、これらの化合物のベンゼン環の代わり
に、他の芳香環や複素環を結合基を用いて組合わせた化
合物等が挙げられる。

【００３３】前記の（ａ）〜（ｄ）における芳香族炭化
水素環及び／又は芳香族複素環が有していてもよい置換
基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ヘキシル基等の低級アルキル基、メトキ
シ基、エトキシ基、ブトキシ基等の低級アルコキシ基、
アリル基、ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル
基等のアラルキル基、フェノキシ基、トリオキシ基等の
アリールオキシ基、ベンジルオキシ基、フェネチルオキ
シ基等のアリールアルコキシ基、フェニル基、ナフチル
基等のアリール基、スチリル基、ナフチルビニル基等の
アリールビニル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ
基等のジアルキルアミノ基が挙げられる。そして、これ
らの置換基中のアルキル成分には、エーテル基、エステ
ル基、シアノ基、スルフィド基等が含有されていてもよ
い。

【００３４】前記の化学式［化１］中、Ｒ¹、Ｒ²、
Ｒ³、Ｒ⁴及びＲ⁵は、水素原子又は置換基を有していて
もよいアルキル基、アラルキル基、芳香族炭化水素基、
複素環基を表す。Ｒ¹〜Ｒ⁵の具体例としては、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基等の
低級アルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラル
キル基、フェニル基、ナフチル基、アセナフチル基、ア
ントリル基、ピレニル基等のＡにおけるのと同様の芳香
族炭化水素基、チエニル基、ビチエニル基、カルバゾル
基、インドリル基、フリル基、インドリン基等のＡにお
けるのと同様の複素環基が挙げられる。

【００３５】そして、上記のＲ¹〜Ｒ⁵の各有機基が有し
ていてもよい置換基としては、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、ブチル基、ヘキシル基等の低級アルキル基、
メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基等の低級アルコキ
シ基、フェノキシ基、トリオキシ基等のアリールオキシ
基、ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基等のアリー
ルアルコキシ基、フェニル基、ナフチル基等のアリール
基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、フェニルメ
チルアミノ基、ジフェニルアミノ基等の置換アミノ基等
が挙げられる。

【００３６】但し、Ｒ¹ はＡと一体となって環を形成し
てもよい。このような例としては、下記の化学式［化
５］で表される有機基等が挙げられる。

【００３７】

【化５】

【００３８】前記の化学式［化１］中、Ｒ⁶及びＲ⁷は、
置換基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、
アリル基、芳香族炭化水素基又は複素環基を表す。具体
的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチン基等
の低級アルキル基、ベンジル基、フェネチル基、ナフチ
ルメチル基等のアラルキル基、アリル基、フェニル基、
ナフチル基等の芳香族炭化水素基、ピリジル基、チエニ
ル基、フリル基、ピロリル基等の複素環基を表す。これ
らが有していてもよい置換基としては、前記Ｒ ¹、Ｒ²、
Ｒ³、Ｒ⁴及びＲ⁵におけるのと同様の置換基が挙げられ
る。

【００３９】但し、Ｒ⁶及びＲ⁷は一体となって環を形成
してもよく、このような例としては、下記の化学式［化
６］で表される有機基等が挙げられる。

【００４０】

【化６】

【００４１】前記の化学式［化１］中、ｌは０又は１、
ｍは０，１又は２、ｎは１又は２の整数である。尚、ｎ
はＡが１価の基の場合には１を、２価の基の場合は２を
表す。前記の化学式［化１］で表されるヒドラゾン化合
物の中では、特に、Ａがカルバゾール環であるヒドラゾ
ン化合物が好ましい。下記の化学式［化７］は、斯かる
ヒドラゾン化合物の幾つかを例示したものである。

【００４２】

【化７】

【００４３】次に、メモリー性付与機能を有する化合物
について説明する。メモリー性は数多くの化合物により
達成することができる。代表的な化合物としては、例え
ば、クロロ酢酸、オルソベンゾイル安息香酸等のプロト
ン酸、芳香族ジアゾニウム塩、ロイコクリスタルバイオ
レット、ロイコマラカイトグリーン等のトリアリールメ
タン類、ヨウ化メチレン、ヘキサクロロエタン等のハロ
ゲン化炭化水素、１，３，５−トリブロモベンゼン、
９，１０−ジクロロアントラセン、９，１０−ジブロモ
アントラセン等の芳香族ハロゲン化合物、ベンズアミ
ド、ニトロフェノール、ニトロアニリン、ヘキサクロロ
アセトン、ブロモアセトフェノン等のハロゲン化ケトン
化合物、塩化アセチル、臭化アセチル、クロロベンゾイ
ルクロリド等のハロゲン化アシル化合物、無水フタル酸
等の酸無水物、チオミヒェラーズケトン等のチオケトン
が挙げられる。

【００４４】特に、塩素原子及び／又は臭素原子が２つ
以上置換した芳香族ハロゲン化合物又は下記の化学式
［化８］で表されるチオケトンが好ましい。

【００４５】

【化８】

【００４６】上記の化学式［化８］中、Ａｒ¹、Ａｒ
²は、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基又は芳香
族複素環基を表し、具体的には、前記の化学式［化１］
中のＡにおけるのと同様の芳香族炭化水素基又は芳香族
複素環基が挙げられる。下記の化学式［化９］は、好ま
しいチオケトン類を例示したものである。

【００４７】

【化９】

【００４８】次に、バインダーポリマーについて説明す
る。バインダーポリマーとしては、前記の各化合物との
相溶性が良好であり、更に、電荷キャリアーの層内移動
に対して悪影響を及ぼさないポリマーが好ましい。例え
ば、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エ
ステル、メタクリル酸エステル、ブタジエン等のビニル
化合物の重合体及び共重合体、ポリビニルアセタール、
ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリ
フェニレンオキシド、ポリウレタン、セルロースエステ
ル、セルロースエーテル、アルキド樹脂、フェノキシ樹
脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。これらの
中では、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、メ
タクリル樹脂、アクリル樹脂及びフェノキシ樹脂が好ま
しく、特に、ポリカーボネート樹脂及びメタクリル樹脂
が好ましい。

【００４９】バインダーポリマーの使用量は通常、正孔
輸送性低分子化合物に対し、０．１〜３０重量倍、好ま
しくは０．３〜１０重量倍の範囲である。本発明の光情
報処理素子におけるメモリー層は前述の正孔輸送性の低
分子化合物、メモリー性付与機能を有する化合物をバイ
ンダー中に分散して構成されるが、更に、必要に応じて
可塑剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、電子
吸引性化合物等の添加物を含有させることができる。

【００５０】次に本発明の光情報処理素子の製造方法に
ついて説明する。本発明の光情報処理素子は、まず上記
のメモリー層の各成分及び必要に応じて使用される各種
の添加物成分を溶剤に溶解して塗布液を調製し、当該塗
布液を電極上に塗布した後乾燥してメモリー層を形成す
る。メモリー層の膜厚は、光情報処理素子の動作に必要
な電界強度、電源電圧の範囲により決定されるが通常は
１００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下とされる。そ
して、膜厚の下限は、塗布膜の均一性の確保及びピンホ
ールの防止の観点から、０．０１μｍ、好ましくは０．
１μｍ以上とするのがよい。

【００５１】メモリー層上に光電変換層を形成する方法
としては、塗布法、真空蒸着法、ＣＶＤ法の他に、ラン
グミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法（ＬＢ膜とエレク
トロニクス、１頁〜１５頁、３３頁〜４６頁、シーエム
シー、１９８６年を参照）等によって単分子層を積層す
る方法等が挙げられる。光導電性材料の形状も上記製法
により様々である。セレンやシリコンの様に、無定形の
薄層の場合のほか、微粒子からなる薄層や、バインダー
樹脂中に粒子が分散した形、溶解した形等があり、さら
にＬＢ法により単分子層が数層積層したＬＢ膜の形状も
ある。ＬＢ膜の場合には光導電性色素単独の他、アラキ
ン酸等の絶縁性の長鎖脂肪酸あるいは異なる色素との混
合膜や、混合比の異なる単分子膜を積層することもでき
る。

【００５２】光導電性材料が微粒子としてバインダー樹
脂中に分散した形の光電変換層ではバインダー樹脂とし
ては、微粒子の分散性の良好な水酸基を有するバインダ
ー樹脂であるブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、フェノ
ール樹脂等のほか、ポリエステル、ポリカーボネート、
メタクリル系樹脂等が用いられる。蒸着等によって光電
変換層を形成する場合には必要に応じて、より変換効率
を高めるために溶媒蒸気にさらして結晶型を変える操作
等も行われる。

【００５３】また、光電変換層には塗布性、分散安定
性、保存安定性の向上のための添加剤を加えることがで
きる。さらに、キャリアー輸送能のある光導電性材料を
加えることもできる。光電変換層の厚さは、製法によっ
ても異なるが、数十Åから数μｍであり、一般には１μ
ｍ以下の厚さが望ましい。メモリー層、光電変換層の積
層に際しては必ずしも上記の順序である必要はなく、光
電変換層上にメモリー層を上記の方法で形成してもよ
い。また、メモリー層、光電変換層を別々の電極上に形
成した後に圧着等により一体化させる製造法も採用する
ことができる。電極の積層は、スパッタリングや蒸着法
等のほか、圧着法によってもよい。

【００５４】本発明の光情報処理素子は電極間に電圧を
印加して使用される。その際に、光を照射しない暗状態
では絶縁性で、暗電流は非常に小さい値であるが、光電
変換層の吸収波長領域の光（入力光）を照射中には、導
電性が増大し明電流が観測される。そして、メモリー層
の吸収波長領域の光（制御光）を一定時間照射したのち
に観測すると、暗電流値はほとんど変化しないが、入力
光を照射すると、制御光を一定時間照射する前に観測さ
れた明電流値と比べて増大あるいは減少する。すなわち
制御光照射によって入力光に対する素子の応答感度が変
化し、この変化した受光感度は電圧が印加された状態に
おいて安定に保持されることから、この素子は受光感度
の変化という形態で情報を記憶していることになる。素
子の受光感度は光照射量、照射回数、印加電圧等によっ
てアナログ的に制御が可能である。

【００５５】光照射に当たっては、入力光は光電変換層
に吸収されて、メモリー層にできるだけ影響を及ぼさな
いことが必要で、制御光は入力層とメモリー層の界面近
傍にに吸収されることが必要である。そのためには、こ
こで入力光と制御光は同一波長であっても異なる波長で
あってもよく、光の強度も同一でも異なっていてもよ
い。光は単色光であっても一定の波長幅を持った光であ
ってもよい。光の入射方向もメモリー層側からでも光電
変換層側からでもよい。例として次の場合が挙げられ
る。

【００５６】（１）入力光と制御光の波長領域が異なる
場合。この場合、入力光は光電変換層の吸収波長領域の
光で、制御光はメモリー層の吸収波長領域の光である。
入射方向が入力光、制御光ともにメモリー層側から照射
する場合はメモリー層が入力光を全く吸収しないか、吸
収しても入力光の一部は光電変換層に到達する程度であ
ることが必要である。また、制御光はメモリー層と光電
変換層との接合界面近傍にまで到達させることが必要で
ある。

【００５７】光の入射方向が入力光、制御光ともに光電
変換層側から照射する場合は光電変換層が制御光を全く
吸収しないか、吸収しても制御光の一部はメモリー層に
到達する程度であることが必要である。光の入射方向が
入力光、制御光とで逆の場合には上記の場合と同様に、
光電変換層に入力光が、メモリー層と光電変換層の接合
界面に制御光が到達するようにする。

【００５８】以上の条件に加え、入力光が光情報処理素
子の受光感度に影響を及ぼさないことが望ましく、その
場合には制御光によって変化、保持された受光感度に影
響を与えずに当該素子の受光感度を入力光照射によって
モニターすることができる。すなわち、制御光を情報の
書き込みに、入力光を情報の読みだしに使用することが
可能となる。

【００５９】（２）入力光と制御光の波長領域が同じ場
合。この場合の波長はメモリー層の吸収波長領域に相当
するが、同時に光電変換層の吸収波長領域でもあること
が必要である。光の入射方向が入力光、制御光ともにメ
モリー層側から照射する場合には、入力光の一部は光電
変換層に到達することが必要であり、制御光はメモリー
層と光電変換層との接合界面近傍にまで到達することが
必要である。更に、入力光の光強度を制御光の光強度に
比べて小さくするか、入力光の照射時間を素子の受光感
度に影響を及ぼさない程度に十分短くすることによっ
て、入力光が素子の受光感度に及ぼす影響をできるだけ
小さくすれば、制御光により変化、保持された素子の受
光感度にほとんど影響を及ぼさずに入力光でモニターす
ることができる。

【００６０】光の入射方向が入力光、制御光ともに光電
変換層側から照射する場合には、制御光がメモリー層と
光電変換層との接合界面近傍にまで到達することが必要
である。光の入射方向が入力光、制御光とで逆の場合に
は、制御光をメモリー層側から、入力光を光電変換層側
から照射し、入力光がメモリー層と光電変換層との接合
界面近傍に影響を与えないようにすれば制御光により変
化、保持された素子の受光感度にほとんど影響を及ぼさ
ずに入力光でモニターすることができる。

【００６１】上述の（１）、（２）の他に、入力光と制
御光を区別しない使用法も可能であり、メモリー層と光
電変換層との接合界面近傍にまで到達する光を用いれ
ば、光照射毎に明電流値が変化する。以上、本発明の光
情報処理素子は制御光照射によって変化した受光感度を
安定に保持するが、元の状態への復帰は加熱により可能
であり、メモリー層のガラス転移温度以上に加熱するこ
とによって速やかに元の状態に可逆的に復帰することか
ら、繰り返し記憶、消去が可能である。

【００６２】上記の現象のメカニズムは現時点では十分
明らかではないが、可逆的な現象であることから、有機
物成分等の化学的分解によるものではないことは明らか
である。しかしながら、次のように仮説することができ
る。すなわち、メモリー層中の正孔輸送性の低分子化合
物、メモリー性を付与する機能を有する化合物あるいは
バインダーポリマー等が制御光照射により単独あるいは
分子間でプロトトロピー、異性化、配向変化等の状態変
化を引き起こし、光電変換層界面近傍での分極を変化さ
せることにより光電変換層からの正孔注入のエネルギー
障壁を低下させ、光電変換層に入力光を照射する際にで
きる正孔の流入を容易にさせる等の変化を生じさせ、入
力光照射時の明電流が増加する。そして、このように変
化した状態が安定に持続することにより、記憶（メモリ
ー）機能が発現される。

【００６３】本発明の光情報処理素子は、電極間に電圧
を印加して使用される。制御光照射時に電極間にかかる
電界強度の大小によって受光感度の変化の度合いを制御
することができる。この際、電界強度が大きいほど素子
の受光感度の変化の割合は大きくなる。電界強度として
は絶縁破壊を起こさないことが必要で、一般的には１０
⁷Ｖ／ｃｍ以下とされ、通常は１０⁶Ｖ／ｃｍ以下、好ま
しくは５×１０⁵Ｖ／ｃｍ以下である。

【００６４】

【実施例】

実施例１＜光情報処理素子の作製＞９−エチルカルバゾール−３
−カルバルデヒドジフェニルヒドラゾン１．０ｇ、４，
４’−ビス（ジメチルアミノ）チオベンゾフェノン１
２．５ｍｇ、ポリカーボネート１．２５ｇをジオキサン
１４ｇに溶解して塗布液を調整した。

【００６５】ガラス基板上に形成したＩＴＯ電極層の上
に上記の塗布液を乾燥後の膜厚が３μｍになるように塗
布して乾燥し、メモリー層を形成した。次いで、チタニ
ルフタロシアニン２重量部、ポリビニルブチラール１重
量部をｎ−プロピルアルコール及びメタノールを重量比
６０：４０で混合した溶剤に固形分比率が３．４％にな
るように混合して分散液を調整した。この分散液を上記
のメモリー層上に、乾燥後の膜厚が約０．１μｍになる
ように塗布して乾燥し、光電変換層を形成した。光電変
換層表面にアルミニウムを素子の電極面積が１ｃｍ²と
なるように真空蒸着して対向電極を形成し、光情報処理
素子を作製した。＜光情報処理素子の機能の評価＞上記の光情報処理素
子にアルミニウム電極側を正極として直流電圧３０Ｖを
印加した後、透明電極（ＩＴＯ電極）側から出力１００
μＷ／ｃｍ² で波長７００ｎｍの単色光を１分間照射し
たところ、図１に示すように、１×１０^ー8Ａ／ｃｍ² の
明電流が観測された。光遮断後再び同様に７００ｎｍの
光照射を行うとほぼ同程度の明電流が再現性良く観測さ
れた。次に４４５ｎｍの単色光を透明電極側から５分間
照射したところ明電流が徐々に増加し、５分後に３×１
０^ー7Ａ／ｃｍ² に達した。光遮断後、暗電流は速やかに
ほぼ元の電流値に復帰した。２０分後、再び７００ｎｍ
の単色光を透明電極側から照射したところ、５×１０^ー7
Ａ／ｃｍ² の明電流が再現性良く観測された。即ち、４
４５ｎｍの光照射によって７００ｎｍの光に対する明電
流の応答感度が約５０倍に増大することを確認した。こ
の増大した応答感度は室温下で経時的に安定で、３時間
後に９６％、５時間後に９１％、７時間後に９１％保持
された。

【００６６】実施例２＜光情報処理素子の作製＞実施例１と同様にして、光情
報処理素子を作製した。＜光情報処理素子の機能の評価＞上記の光情報処理素子
にアルミニウム電極側を正極として直流電圧３０Ｖを印
加した後、透明電極（ＩＴＯ電極）側から出力１００μ
Ｗ／ｃｍ² で波長４４５ｎｍの単色光を２０秒間照射し
たところ３×１０^ー8Ａ／ｃｍ² の明電流が観測された。
光遮断後は速やかに元の暗電流値に復帰した。波長４４
５ｎｍの光を繰り返し照射したところ、図２に示すよう
に明電流値は徐々に増加し、１０回照射後には１×１０
^ー7Ａ／ｃｍ² に増大した。即ち、４４５ｎｍの光に対す
る応答感度が光照射を繰り返す度に連続的に増加するこ
とを確認した。

【００６７】実施例３＜光情報処理素子の作製＞９−エチルカルバゾール−３
−カルバルデヒドジフェニルヒドラゾン１．０ｇ、４，
４’−ビス（ジメチルアミノ）チオベンゾフェノン１
２．５ｍｇ、ポリカーボネート１．２５ｇをジオキサン
１４ｇに溶解して塗布液を調整した。

【００６８】ガラス基板上に形成したＩＴＯ電極層の上
に上記の塗布液を乾燥後の膜厚が３μｍになるように塗
布して乾燥し、メモリー層を形成した。次いで、ｐ−
（１０−カルボキシデシロキシ）フェニルトリトリルポ
ルフィリン及びアラキン酸をそれぞれ１．０ｍｍｏｌ／
ｌ、５．０ｍｍｏｌ／ｌ含有するクロロホルム溶液を調
整し、これをラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法
に従って二価のカドミウム塩を含む水溶液上に滴下し、
単分子膜を形成した後に、表面圧が２５ｍＮ／ｍとなる
ように膜を圧縮し、メモリー層上に３６層累積し、光電
変換層を形成した。光電変換層表面にアルミニウムを素
子の電極面積が１ｃｍ² となるように真空蒸着して対向
電極を形成し、光情報処理素子を作製した。＜光情報処理素子の機能の評価＞上記の光情報処理素子
にアルミニウム電極側を正極として直流電圧３０Ｖを印
加した後、透明電極（ＩＴＯ電極）側から出力１００μ
Ｗ／ｃｍ² で波長４４０ｎｍの単色光を１０秒間照射し
たところ５×１０^ー9Ａ／ｃｍ² の明電流が観測された。
光遮断後は速やかに元の暗電流値に復帰した。波長４４
０ｎｍの光を繰り返し照射したところ、図３に示すよう
に明電流値は徐々に増加し、１４回照射後には７×１０
^ー8Ａ／ｃｍ² に増大した。即ち、４４０ｎｍの光に対す
る応答感度が光照射を繰り返す度に連続的に増加するこ
とを確認した。

【００６９】

【発明の効果】本発明の光情報処理素子は光照射により
受光感度がアナログ的に変化する機能を有し、この状態
が長時間安定に記憶、保持され、加熱による可逆的な記
憶の消去が可能であるという特徴を有する。更に、主に
有機材料を用い、製造が容易で、大面積化、微小化がと
もに可能であり、従来のニューラルネットワーク、ニュ
ーロコンピューター用の素子と比べて実用性が高く、演
算処理、視覚情報処理、ニューロコンピューター、セン
サー等各種用途に応用することが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の光情報処理素子の制御光（４４５
ｎｍ）照射前後の、入力光（７００ｎｍ）に対する電流
応答特性を示す図。

【図２】実施例２の光情報処理素子の繰り返し光照射
による電流応答特性を示す図。

【図３】実施例３の光情報処理素子の繰り返し光照射
による電流応答特性を示す図。

【図４】マッカロー・ピッツによるニューロンモデル
を表した図。

【符号の説明】

ｕ₁ 〜ｕ_n ：入力信号ｗ₁ 〜ｗ_n ：シナプスの結合荷重ｖ：出力信号ｇ（ｘ）：出力関数

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方の電極が光透過性を有す
る電極の間に光電変換層と、一定の波長の光照射により
変化した導電性を光遮断後も持続させる機能を有するメ
モリー層とを有することを特徴とする光情報処理素子。