(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度光メモリの情報記憶層として光学状態変化有機ポリマーフィルムを利用する方法及び当該方法によって製造された高密度光メモリを提供する。【解決手段】ある実施形態では、光学状態変化有機ポリマーフィルムは、電界の適用によって局所的に、安定に、且つ可逆的に誘起される２つの安定な光学状態、即ち透明な状態と、光吸収性及び／又は光反射性の状態を呈するように製造することができる。種々の実施形態において、情報はビットとして情報記憶層８０４内にデジタルエンコードされ、各々のビットの値は当該ビットに対応する情報記憶層の一領域８２０の光学状態によって表される。種々の実施形態において、情報記憶層の小領域の光学状態は、当該小領域に可視光を適用し、情報記憶媒体内の情報記憶層の下に位置するフォトダイオード層が前記可視光に応答して電流を生成するか否かを検出することで、決定する。【選択図】図８
2005158249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界（４０２）の適用によって、少なくとも２つの光学状態の間で局部的に且つ可逆的に切り替わることのできる情報記憶媒体（３０４、３０６、３０８、３１０、８１４）と、
前記情報記憶媒体の諸領域の光学状態を検出し報告する情報記憶層光学状態検出手段（８０８、８１０、８１２、８０２）と、
を含む、光メモリ。
【請求項２】
前記情報記憶層光学状態検出手段が、さらに、
前記情報記憶媒体内にあり、前記情報記憶媒体の前記光学状態に応じて、質問信号（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）に対して異なる応答をする検出器層（８０８、８１０）と、
前記情報記憶媒体の諸領域に前記質問信号を適用し、前記検出器層の応答に基づいて報告信号を生成するリード／ライトデバイス（８０２）と、
を備える、請求項１記載の光メモリ。
【請求項３】
前記検出器層（８０８、８１０）が、前記情報記憶媒体が第１の光学状態にある場合には前記情報記憶媒体を透過し且つ前記情報記憶媒体が第２の光学状態にある場合には前記情報記憶媒体を透過しない、電磁放射による質問信号に応答する、請求項２記載の光メモリ。
【請求項４】
光メモリデバイス内に組み込まれている請求項１記載の光メモリであって、前記情報記憶層光学状態検出手段が、
前記情報記憶媒体内にあり、前記情報記憶媒体の種々の位置において、適用された電磁放射ビームが前記情報記憶媒体を透過するか否かを検出し得る検出器層（８０８、８１０）と、
電界を適用することで情報記憶層に情報を書き込み且つ電磁放射ビームを適用することで前記情報記憶層に記憶されている情報を読み出す、リード／ライトデバイス（８０２）と、
を含む、請求項１に記載の光メモリ。
【請求項５】
前記情報記憶層が、比較的強固な縮合環有機染料系平面ネットワーク（５１０〜５１３）と、アセチレン結合された回転可能な分子成分（５０２〜５０９）とを有する２次元光学状態変化有機ポリマー（５０２〜５１４）を含んで成り、
前記回転可能な分子成分（３０４、３０６、５０２〜５０９）が、電界（４０２）の適用によって、回転して向きを変えることができ、
且つ前記回転可能な分子成分が、前記比較的強固な縮合環有機染料系平面ネットワークと同一平面にある回転位置に安定して配向することができ、その場合、或る特定の周波数範囲の電磁放射を吸収及び／又は反射する十分に共役の発達した有機染料系２次元ポリマーとなり、且つ前記回転可能な分子成分が、前記比較的強固な縮合環有機染料系平面ネットワークに対して概ね直交する回転位置に安定して配向することができ、その場合、前記特定の周波数範囲の電磁放射に透過性である共役の発達の不十分な有機染料系２次元ポリマーとなる、請求項４記載の光メモリデバイス。
【請求項６】
電界（４０２）の適用によって、少なくとも２つの光学状態の間で局部的に且つ可逆的に切り替わることのできる情報記憶層（８１４）を有する情報記憶媒体（８０４）を備え、且つ前記情報記憶媒体内にあり、前記情報記憶媒体の種々の位置において、適用される電磁放射ビーム（４０２）が前記情報記憶媒体を透過するか否かを検出し得る検出器層（８０８、８１０）を備える光メモリデバイス（８０２、８０４）を設けること、
前記情報ビットが第１のバイナリ値を有するとき、第１の極性の電界を第１の情報記憶層の小領域に適用して、前記小領域内で第１の光学状態を誘起すること、
前記情報ビットが第２のバイナリ値を有するとき、第２の極性の電界を前記第１の情報記憶層の前記小領域に適用して、前記小領域内で第２の光学状態を誘起すること、
を包含する、情報ビットの記憶方法。
【請求項７】
フォトダイオード検出器層が照明に応答して電流を生成するか否かを検出することによって前記情報記憶層に記憶されている情報にアクセスするために、前記情報記憶層の小領域（８２０）を照明することをさらに包含する、請求項６記載の情報ビットの記憶方法。
【請求項８】
前記情報記憶層（８１４）が、比較的強固な縮合環有機染料系平面ネットワークと、アセチレン結合された回転可能な分子成分とを有する２次元光学状態変化有機ポリマー（５０２〜５１４）とを備え、
前記回転可能な分子成分が、前記比較的強固な縮合環有機染料系平面ネットワーク（５１０〜５１３）と同一平面にある回転位置に安定して配向することができ、その場合、ある特定の周波数範囲の電磁放射を吸収及び／又は反射する十分に共役の発達した有機染料系２次元ポリマーとなり、
且つ前記回転可能な分子成分（５０２〜５０９）が、前記比較的強固な縮合環有機染料系平面ネットワークに対して概ね直交する回転位置に安定して配向することができ、その場合、前記特定の周波数範囲の電磁放射に透過性である共役の発達が不十分な有機染料系２次元ポリマーとなる、請求項６記載の情報ビットの記憶方法。
【請求項９】
請求項６記載の情報ビットの記憶方法を利用する光メモリの構成方法であって、
電界の適用によって、少なくとも２つの光学状態の間で局部的に且つ可逆的に切り替わることのできる情報記憶媒体（８０４）を設けること、
前記情報記憶媒体内にあり、前記情報記憶媒体の前記光学状態に応じて、質問信号に対して異なる応答をする検出器層（８０８、８１０）を設けること、
前記情報記憶媒体の諸領域に前記質問信号を適用し、前記検出器層の応答に基づいて報告信号を生成するリード／ライトデバイス（８０２）を設けること、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメモリデバイスに関し、詳細には、適用された電界の方向の変化によって、透明状態と、有色の可視光吸収及び／又は反射状態との間で、局部的に且つ可逆的に切り替わることのできる有機ポリマーフィルムを記憶媒体として用いる光メモリデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、種々のタイプの超高密度の電子、磁気及び光学メモリに、さらには種々のハイブリッド技術のメモリに、研究及び開発の労力がかなり注がれている。従来の磁気ディスクメモリ及び電子メモリの記憶ビットを表す記憶媒体領域のサイズ及びメモリのアクセス速度は、ここ４０年の間に着実に減少してきたが、より新しいタイプの超高密度メモリは、費用効果、耐久性、記憶情報の安定性、並びに他の所望の特性において、従来のメモリをすぐにも追い抜こうとしている。より新しいタイプのメモリの多くは、半導性の有機ポリマーフィルム及び他の新規材料をベースとしている。ある種類の有機半導性ポリマーから、比較的安価で超高密度のヒューズタイプメモリを開発することに成功している。これらのメモリデバイスでは、大電流を用いて、メモリに書込みを行うことができ、その後、小電流を用いて、メモリを読み出すことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ヒューズタイプの有機ポリマーフィルムによるメモリは、デジタルカメラメモリをはじめとする多数の用途において有用であり、費用効果を高めることができるが、高密度メモリの研究者及び開発者は、安定性があり、超高密度で、書換え可能な新しいメモリデバイスの必要性を認識し続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の種々の実施形態では、電界の適用によって、少なくとも２つの光学状態の間で局部的に且つ可逆的に切り替わることのできる情報記憶媒体と、該情報記憶媒体の諸領域の光学状態を検出し報告する検出手段とを備える光メモリが提供される。本発明の一実施形態では、光学状態の変化し得る有機ポリマーフィルムが、情報記憶媒体内の情報記憶層として用いられる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、安定且つ超高密度の、書き換え可能な新規光メモリデバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の種々の実施形態では、有機染料サブユニットからなる種々のタイプのアセチレン結合された概ね共役の発達した２次元ポリマーが利用され、それは、適用電界の影響下で回転可能な、アセチレン結合された置換フェニル成分が交互に挿入された比較的強固な平面ネットワークを含む。当該２次元フィルム内の回転可能なフェニル成分が、縮合環をベースとする比較的強固な平面ネットワークと同一平面にあるとき、ポリマー全体にわたってπ電子が非局在化され２次元ポリマー全体にわたって十分に共役が発達する。十分に共役の発達した２次元ポリマーにおいては、分子軌道のエネルギーバンドは比較的広く且つ比較的狭い間隔をおいて配置され、最高被占分子軌道（「ＨＯＭＯ」）と最低空分子軌道（「ＬＵＭＯ」）との間のエネルギーギャップは比較的小さい。ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のこの比較的低いエネルギーギャップが或る特定の色又は或る特定の範囲の色の可視光の吸収に対応するように、２次元ポリマー成分を設計することができる。一方、２次元ポリマー内の比較的強固な縮合環ベースのネットワークに対してフェニル成分を回転させるように電界を適用すると、２次元ポリマー内でのπ電子の十分に発達した共役が破壊され、その結果２次元ポリマーの分子軌道のバンドは狭くなり、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップが大きくなる。この結果、２次元ポリマーの吸光特性が本質的に青方偏移し、そのエネルギーギャップが紫外線あるいはそれよりもエネルギーを有する波長に対応するとき、結果として透明なフィルムとなる。
【０００７】
局部的に電界を適用することにより、有機ポリマーフィルムを有色の可視光吸収状態と透明状態との間で局部的に且つ可逆的に変化させることができる。有機ポリマーの光学状態は、適用電界が除去された場合にも、長時間にわたって安定している。それゆえ、当該２次元ポリマーは、情報記憶媒体内の情報記憶素子として利用され得、透明状態がバイナリ値「０」のような１つのバイナリ値を表し、有色の可視光視認状態が逆のバイナリ値、例えばバイナリ値「１」を表す。ポリマーの光学状態は、２次元の情報記憶有機ポリマーフィルム内の分子サブユニットの向きによって決まるため、メモリポリマーの、離散したバイナリ値記憶領域のサイズは、光機構のリード／ライトデバイスに再現性をもって適用し得る電界又は光照明の最も小さなサイズによってのみ制限される。
【０００８】
光機構のリード／ライトデバイスを用いて、個々のビットを表す情報記憶層の小領域にバイナリ値を書き込むことができ、第１方向の電界を適用して透明な光学状態を誘起することにより「０」ビット値を書き込むことができ、また、逆方向の電界を適用して可視光吸収及び／又は反射光学状態を誘起することにより「１」ビット値を書き込むことができる。情報記憶媒体の情報記憶層の下にあるフォトダイオード層によって、情報記憶層の内容を読み出すことができる。可視光が、リード／ライトデバイスを介して情報記憶媒体上に誘導される場合、その光は情報記憶層の可視光吸収及び／又は反射領域によって吸収され、透明領域によって透過される。下層のフォトダイオード層は、情報記憶ポリマーの可視光吸収領域及び／又は反射領域の下では起動されないが、情報記憶ポリマーの透明領域の下では当該透明領域を透過する光によって起動される。起動されると、フォトダイオード層は電流を生成し、それによって、情報記憶層内に記憶されている情報をデジタル電気信号に変換することができる。
【０００９】
図１は、比較的大きな２次元の光学状態変化有機ポリマーフィルムの小さな長方形の断片を抽象的に示している。図１に示すように、光学状態変化有機ポリマー材料は、多数の平行配置されたシート状２次元有機ポリマー１０２〜１０６から構成される。２次元のシート状有機ポリマーは、回転可能な分子成分１０８などの回転可能な分子成分がその中で両方の次元に対して規則的間隔をもって存在している比較的強固な平面ネットワークを含む。これらの回転可能な分子成分は、図１において矢印１１０で表される電界が或る特定の方向に適用されると、回転して、図１に示すように、比較的強固な２次元有機ポリマーシートと同一平面になるように配向することができる。
【００１０】
図２は、適用電界の方向を逆にした場合の、図１記載の２次元光学状態変化有機ポリマーフィルムを示している。図２に示すように、適用電界の方向を、矢印２０２で表されるように逆にすると、回転可能な分子成分１０８などの回転可能な分子成分が、比較的強固な２次元光学状態変化有機ポリマーの平面に対して約９０°だけ回転する。２次元光学状態変化有機ポリマーは、図１に示すように、回転可能な分子成分が２次元ポリマーシートに対して平行であるときに有色の可視光吸収及び／又は反射光学状態となることができ、図２に示すように、回転可能な分子成分が２次元有機ポリマーシートの平面に対して概ね垂直であるときに透明な光学状態となることができる。
【００１１】
２次元ポリマーの回転可能な分子成分を回転させるために用いられる適用電界の方向は、２次元光学状態変化有機ポリマー内の回転可能な分子成分の化学的性質及び相対的な位置に応じて、図１〜図４に示すように２次元ポリマーに対して同一平面の方向であったり、２次元ポリマーの平面に対して概ね直交する方向であったり、又は２次元ポリマーの平面に対して種々の角度で適用し得ることに留意されたい。本発明の種々の実施形態を表す、図記載の光メモリデバイスでは、直交電界の適用が、回転可能な分子成分を回転させる役割を果たす。
【００１２】
図３及び図４は、電界が適用されているときの２次元光学状態変化有機ポリマーフィルムの回転可能な分子成分の回転を拡大して示す。図３では、電界３０２を適用することによって、回転可能な分子成分３０４及び３０６は、それらの分子成分が含まれる２次元有機ポリマー３０８及び３１０の平面に対して、同一平面にあるよう配向する。適用される電界３０２は、回転可能な分子成分を同一平面位置に回転させるための役割を果たす。当該電界が除去されても、回転可能な分子成分の化学置換基と、２次元光学状態変化有機ポリマーの比較的強固な静止部分との間の分子相互作用によって、回転可能な分子成分は同一平面の向きに比較的安定に固定化されている。しかしながら、図４において矢印４０２で示すように、逆の電界を適用すると、回転可能な分子成分３０４及び３０６は、それぞれ水平回転軸４０２及び４０４を中心として、比較的強固な２次元有機ポリマーシート３０８及び３１０の平面に対して概ね垂直になる位置にまで回転する。種々の分子拘束を受けることがなければ、図３記載の電界３０２を適用することによって、回転可能な分子成分３０４及び３０６は、各々、回転軸３１２及び３１４を中心にして完全に１８０°回転し、最終的には、比較的強固な２次元有機ポリマー平面３０８及び３１０それぞれに対して概ね直交するようになる。しかしながら、種々の分子内相互作用が働いて、回転可能な分子成分３０４及び３０６は、図３に示す同一平面位置に固定化される。また、２次元光学状態変化有機ポリマーフィルム内の積層２次元ポリマーでは、ある２次元ポリマーの回転可能なフェニル成分の置換基と、上下いずれかに隣接する２次元ポリマーの１つあるいは複数の回転可能な分子成分の置換基及び／又は２次元ポリマーの比較的強固な縮合環２次元ネットワークあるいは上下いずれかに隣接する２次元ポリマーに組み込まれている化学基との間で相互作用（分子間相互作用）が働くことにより、回転可能な分子成分は、２次元ポリマーの平面に対して概ね直交する位置に安定して固定化される。回転可能な分子成分を回転した向きに固定化させ得る、このような分子内及び分子間相互作用には、水素結合、双極子−双極子相互作用、ファンデルワールス力に基づく相互作用、比較的弱く結合した電子の分極率、及び一緒になって有機ポリマーベースの光学状態変化フィルムを構成する積層２次元ポリマー内の回転可能な分子成分の取り得る回転立体配座を制限する役割を果たす他のそのような力が含まれ得る。
【００１３】
図５及び図６は、２次元の光学状態変化有機ポリマー、即ちアセチレン結合された、インダセン及び置換ベンゼンポリマーネットワークの、同一平面にある状態、及び概ね９０°だけ同一平面から回転した状態を、化学サブユニットレベルで示している。図５に示すように、可視光吸収及び／又は反射の同一平面状態では、アセチレン結合５１４のようなアセチレン結合を介して、より大きな縮合環染料サブユニット５１０〜５１３に回転可能な状態で結合している回転可能なフェニル成分５０２〜５０９は、縮合環の比較的強固な平面サブユニット５１０〜５１３と同一平面にある。回転可能なフェニル成分５０２〜５０８は、図５において文字「Ａ」及び「Ｄ」によって符号を付された、非対称な置換基を有する。これらの非対称な置換基は、回転可能なフェニルサブユニット内に比較的大きな電気双極子を導入し、回転可能なフェニルサブユニットを適用電界の向きに影響されやすくする。図５の回転可能なフェニルサブユニット５０２〜５０９が同一平面状態となるような回転の向きは、双極子−双極子相互作用、水素結合、及び他のそのような引力をはじめとする種々の分子内相互作用によって安定化される。図５に示す同一平面状態の構成では、２次元ポリマーは概ね十分に共役が発達しており、二重及び三重炭素結合が２次元ポリマーの水平及び垂直な骨格に沿って単炭素結合と交互に位置する。この十分に共役の発達した状態では、ポリマーの電子状態を記述する分子軌道のバンドは広く、相対的に狭い間隔をもって配置される。よって、最高被占分子軌道（「ＨＯＭＯ」）と最低空分子軌道（「ＬＵＭＯ」）との間のエネルギーギャップは小さい。ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のこの比較的小さなエネルギーギャップは、２次元光学状態変化有機ポリマー内での電子遷移の最小エネルギーを表し、さらには、可視光の光子の吸収に対応する。当該２次元光学状態変化有機ポリマーは、特有の吸光特性及び特徴的な色を有する有機フィルムを形成するために、化学的に適応させることができる。
【００１４】
図５に示す同一平面構成を確立するために適用される電界と逆の極性の電界を２次元光学状態変化有機ポリマーに適用すると、図６に示すように、回転可能なフェニルサブユニット５０２〜５０９は、比較的強固な縮合環サブユニット５１０〜５１３に対して約９０°回転する。この回転した構成では、回転可能な分子成分５０２〜５０９平面のπ結合が、縮合環サブユニット５１０〜５１３を含む比較的強固な２次元光学状態変化ポリマーネットワークの共役の発達した平面π結合分子軌道とは、もはや同一平面にないため、２次元光学状態変化有機ポリマーはもはや十分に共役の発達した状態ではなくなる。
【００１５】
図３及び図４を参照して先に説明したように、２次元光学状態変化有機ポリマーは双安定性である。回転可能なフェニルサブユニット５０２〜５０９の回転は、電界の適用により誘起されるが、一旦、図５及び図６にそれぞれ示しているような同一平面又は概ね垂直な位置に回転すると、回転可能なフェニルサブユニットは、電界の適用を解除しても、長時間にわたって同一平面又は概ね垂直な位置に固定化されたままとなる。回転可能なフェニルサブユニットの２つの双安定な向きは、２つの異なる組の分子内作用、及びフェニル置換基と、２次元光学状態変化有機ポリマーの他の回転可能なフェニルサブユニット及び他の化学成分の置換基との間の分子間作用から生じる。さらに、先述したように、双安定状態は、ナノメートル規模の領域を含む、光学状態変化有機ポリマーの極めて小さな領域内で、局部的に安定化されている。最後に、２つの双安定状態間の光学的なコントラストを極めて高くなるようにすることができ、以下に記載するように、記憶されている情報への正確且つ信頼性の高いアクセスを容易にする。
【００１６】
図７は、図１〜図６を参照して先に説明した、２次元の光学状態変化有機ポリマーフィルムからなる層を含む情報記憶媒体と組み合わせて用い得る、小さな光機構のリード／ライトデバイスを示している。リード／ライトデバイス７００は、集積回路内の複雑な３次元回路を製造するために用いられるフォトリソグラフィプロセスを用いて、適切な基材材料から形成することができる。当該リード／ライトデバイスは、光電子チップ７０４において終端するカンチレバーアーム７０２を備える。光電子チップ７０４は、カンチレバーアーム８０２の少なくとも下側表面と光電子チップ７０４とを形成する金属コーティングと外部回路とを相互接続している信号線７０６に電位を適用すると、カンチレバーアーム７０２に対して垂直な向きの、小さなナノメートル規模の電界を誘起することができる。あるいはまた、光電子チップ７０４は、レーザダイオードへの電流の適用によって極めて強い可視光ビームを誘起し、それがカンチレバーアーム内部にある中空チューブを通って光電子チップ７１２の傾斜表面によって垂直な方向に反射される際に、ナノメートル規模のアパーチャ７１０を介して、カンチレバーアーム７０２に対して垂直な向きの、極めて強い小さな可視光ビームを誘起することができる。
【００１７】
図８は、情報記憶媒体と、図７記載の光機構リード／ライトデバイスの作動とを示している。図８では、情報記憶媒体８０４の長方形断片の上で且つ背後にあるように、光機構リード／ライトデバイス８０２を示している。当該情報記憶媒体は、シリコンあるいは二酸化シリコンのような基材８０６を含み、その上には、４つの種々の有機ポリマーフィルム層が形成されている。最初の２つの有機ポリマーフィルム８０８及び８１０は、ｎ型及びｐ型有機ポリマー半導電性フィルムであり、それらは合わせてｐｎ接合フォトダイオードフィルムを形成する。当該フォトダイオードフィルムは、可視光に曝露される際に電流を生成し、フォトダイオードフィルム中に電流が流れる際に可視光を生成することができる。当該情報記憶媒体において利用されるのは、フォトダイオードフィルムの前者の特性である。次に、導電性有機ポリマー系フィルムあるいは導電性無機フィルム８１２が、透明電極８１２としての役割を果たす。最後に、図１〜図６を参照して先述した２次元光学状態変化有機ポリマーフィルム８１４が、透明電極フィルム８１２上に層をなし、情報記憶媒体の情報記憶層を形成し、その上に、光機構リード／ライトデバイスが配置される。図８に示すように、いくつかの実施形態では、直線座標格子に関する水平位置８１６且つ垂直位置８１８によって指示される、情報記憶媒体に関する所与の位置において、電気−光機構リード／ライトデバイスは、リード／ライトデバイスに組み込まれる信号線（図７の７０６）に電位を適用することによって生成される小さなナノメートル規模の電界によって、又はレーザダイオード（図７の７１２）を電気的に働かせることによって生成する小さな可視光ビームによって、情報記憶媒体の小さなカラム８２０をアドレス指定できる。情報記憶媒体をリード／ライトデバイスに対して正確に動かし位置決めできたり、又はリード／ライトデバイスを情報記憶媒体に対して正確に動かすことができ、それによって、カラム８２０などのナノメートル寸法のカラムの２次元格子が、それぞれバイナリ値「０」あるいはバイナリ値「１」を安定して保持する、個別にアドレス指定可能なメモリ素子としての役割を果たすことができる。
【００１８】
図９〜図１２は、情報記憶媒体へのバイナリ値の書き込みを示している。説明のために、２次元光学状態変化有機ポリマー系フィルムの可視光吸収性及び／又は反射性の有色光学状態がバイナリ値「１」を表すとみなし、一方、透明状態がバイナリ値「０」を表すとみなす。しかしながら、逆の定義を用いることもできる。図９では、２次元光学状態変化有機ポリマー系フィルム９０８を通して狭い電界９０６を放出し、回転可能な分子成分を、比較的強固な２次元有機ポリマーネットワークの平面に対して概ね垂直な位置に回転させて、情報記憶層の小さな素子９１０内に有色の可視光吸収及び／又は反射光学状態を誘起するために、電気−光機構リード／デバイス９０４に電圧９０２が印加される。図１０に示すように、有色の可視光吸収及び／又は反射状態９１０は安定しており、印加電圧を電気−光機構リード／ライトデバイスから除去した後も保持される。こうして、第１の方向に電界を適用した結果、情報記憶媒体９１２の小さなカラム内にバイナリ値「１」が記憶される。
【００１９】
図１１では、電気−光機構リード／ライトデバイス９０４によって、情報記憶媒体の素子９１０に逆の極性の電圧が印加される。図９の適用電界とは極性が逆の電界９１２を適用することにより、情報記憶媒体の素子９１０内に同一平面の透明光学状態が誘起される。図１２に示すように、情報記憶媒体の素子９１０の透明状態は、適用電界の除去後も安定している。こうして、図９〜図１２に示すように、電気−光機構リード／ライトデバイスによって適用された電界は、情報記憶媒体に対する電気−光機構リード／ライトデバイスの相対的位置によって決まる、情報記憶媒体内の特定の個別の情報記憶素子に対して、バイナリ値「１」及び「０」を可逆的に書き込むことができる。
【００２０】
図１３〜図１４は、情報記憶媒体内に記憶されている情報の、電気−光機構リード／ライトデバイスによる読出しを示している。図１３に示すように、情報記憶媒体のフォトダイオード層１３０２及び１３０４は、電流測定回路１３０８を介してアース面１３０６に電気的に相互接続されている。電気−光機構リード／ライトデバイスにより、情報記憶媒体１３１０の小さな情報記憶素子上に可視光が投影されるとき、当該可視光は、バイナリ値「１」を表す、有色の可視光吸収及び／又は反射状態の光学状態変化有機ポリマー系フィルムによって、吸収、反射、又は吸収且つ反射される。こうして、情報記憶媒体内の情報記憶素子への可視光照明時にフォトダイオード層から小さな電流１３０８が測定される際には、電気−光機構リード／ライトデバイス１３１２が２次元光学状態変化有機ポリマー系フィルムの有色状態領域上に配置されていることを示す。対照的に、図１４に示すように、電気−光機構リード／ライトデバイス１３１２が光学状態変化有機ポリマー系フィルムの透明状態領域１３１０を照明する場合、当該照明可視光は情報記憶層１３１４及び透明電極層１３１６を通ってフォトダイオード層１３０２及び１３０４まで透過し、それによって可視光照明に応答してフォトダイオード層１３０２及び１３０４が電流１３１８を生成し、その電流は電流検出回路１３０８によって検出される。手短に述べると、可視光で照明される際、情報記憶媒体の情報記憶素子は、バイナリ値「１」を表す有色光学状態にある場合には低い電流を生成し、バイナリ値「０」を表す透明光学状態にある場合には比較的高い電流を生成する。
【００２１】
特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図はない。本発明の趣旨の範囲内にある変更が当業者には明らかであろう。例えば、先述のように、多くの種々のタイプの情報記憶デバイスを構成することができ、その場合、リード／ライトデバイス及び情報記憶媒体の相対的な位置によって決まる、情報記憶媒体の情報記憶素子上にリード／ライトデバイスを正確に位置決めするために、情報記憶媒体に対して電気−光機構リード／ライトデバイスを動かしたり、電気−光機構リード／ライトデバイスに対して情報記憶媒体を動かしたり、又は電気−光機構リード／ライトデバイスと情報記憶媒体の両方を動かすことができる。種々の望ましい特性を有する双安定の情報記憶層を提供するために、多くの異なる２次元光学状態変化有機ポリマー系フィルムを開発することができる。光学状態変化有機ポリマー系フィルムの種々の実施形態には、スペーサのような付加的な化学成分、放射伝達構成要素（ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、及び材料の電子的な状態を変更する構成要素、を含むことができる。先述したように、ポリマーを化学的に変化させることによって、有色状態の色を所望の色あるいは所望の範囲の色に遷移させることができ、システムの所望の特性に応じて、他の双安定状態が透明あるいは有色となるように、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯ間のエネルギーギャップをシフトさせることができる。双安定状態のうちの一方が、第１の周波数範囲を有する電磁放射に対して透過性であり且つ第２の周波数範囲の電磁放射の透過を遮断する限り、双安定状態に記憶されるバイナリ値情報はアクセス可能であり、デジタル電子信号に変換することができる。あるいはまた、デジタル光学信号を直に受け取り、光学コンピューティングによって処理することができる。有機ポリマーフィルムを化学的に変化させることにより、光学状態の安定性を異なるようにすることができ、温度、酸化あるいは還元条件への曝露、高い強度の電界あるいは磁界への曝露、及び他のそのような環境的な影響をはじめとする、種々の環境的な影響に対し安定であったり又は不安定であったりすることをはじめとする、種々の他の特性を変化させることができる。好ましい実施形態では、光学状態変化有機ポリマー系フィルムは、情報記憶媒体内の個別の情報記憶素子の情報状態を測定するための十分なフォトダイオード電流を生成するために必要とされる強度の電界に曝露されても、酸化も還元もされない。情報記憶デバイスは、１つあるいは多数の電気−光機構リード／ライトデバイスを備えることができ、フォトリソグラフィ法あるいはさらに大規模な従来の製造方法によって製造し得る種々の実現可能な情報記憶デバイス内に組み込むことができる。好ましい実施形態における可視光源は、レーザダイオードであるが、他の実施形態では、多くの他のタイプの可視光源を用いることもできる。記載した実施形態では、バイナリ値情報を記憶したが、当該光メモリは、さらに多くの安定な光学状態を用いて、３つ以上の取り得る値にて情報素子を符号化し、それによって、さらに大きな桁数で情報を符号化することができる。
【００２２】
以上の記述に関しては、説明目的で、特定の用語を用いて本発明を十分に理解できるようにした。しかしながら、本発明を実施するために、詳細な説明が必要とされないことは当業者には明らかであろう。本発明の特定の実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明のために与えたものである。それらは、網羅的ではなく、そのような開示した形態と全く同じ形態に本発明を限定する意図はない。上記の教示に鑑み、多数の改良及び変更を実施し得ることは明らかである。それらの実施形態は、本発明の原理及びその実用的な応用形態を最もわかりやすく説明し、それにより当業者が、所望の特定用途に適合するよう種々に変更を加えて、本発明及び種々の実施形態を最大限利用できるようにするために例示し、記載したものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ規定されるものと意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】比較的大きな２次元の光学状態変化有機ポリマーフィルムの小さな長方形断片の概略図
【図２】適用電界の方向が反転された際の、図１記載の２次元光学状態変化有機ポリマーフィルム
【図３】電界が適用されている際の、２次元光学状態変化有機ポリマーフィルムの回転可能な分子成分の回転を示す拡大図
【図４】電界が適用されている際の、２次元光学状態変化有機ポリマーフィルムの回転可能な分子成分の回転を示す拡大図
【図５】２次元光学状態変化有機ポリマー、即ちアセチレン結合された、インダセン及び置換ベンゼンポリマーネットワークの、同一平面状態を化学サブユニットレベルで示した図
【図６】２次元光学状態変化有機ポリマー、即ちアセチレン結合された、インダセン及び置換ベンゼンポリマーネットワークの、同一平面から約９０°回転した状態を化学サブユニットレベルで示した図
【図７】図１〜図６記載の２次元光学状態変化有機ポリマーフィルムからなる層を含む、情報記憶媒体と共に用い得る小さな光機構リード／ライトデバイス
【図８】図７記載の情報記憶媒体と、光機構リード／ライトデバイスの作動とを示す図
【図９】情報記憶媒体へのバイナリ値の書き込みを示す図
【図１０】情報記憶媒体へのバイナリ値の書き込みを示す図
【図１１】情報記憶媒体へのバイナリ値の書き込みを示す図
【図１２】情報記憶媒体へのバイナリ値の書き込みを示す図
【図１３】電気−光機構リード／ライトデバイスによる、情報記憶媒体内に記憶されている情報の読出しを示す図
【図１４】電気−光機構リード／ライトデバイスによる、情報記憶媒体内に記憶されている情報の読出しを示す図
【符号の説明】
【００２４】
３０２、４０２  電界
３０４、３０６、３０８、３１０、８１４  情報記憶媒体
５０２〜５０９  回転可能な分子成分
５１０〜５１３  比較的強固な縮合環誘起染料系平面ネットワーク
８０２  リード／ライトデバイス
８０８、８１０  検出器層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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