(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に対して透明な透明基板の表面に、所定間隔で所定深さの直線状の溝が複数形成され、前記溝の側壁のみに所定厚さの強磁性体膜が形成されたディスプレイ用の磁気光学素子であって、
前記強磁性体膜は、第１の強磁性体膜および第２の強磁性体膜が積層されてなり、
前記第１の強磁性体膜は、第２の強磁性体膜よりもその保磁力が小さく、かつ可視光の偏光面の回転角がより大きな強磁性材料からなり、
前記第２の強磁性体膜は磁気記録が可能な保磁力を有する強磁性材料からなることを特徴とするディスプレイ用の磁気光学素子。
【請求項２】
前記溝は、０．２μｍ〜２．０μｍの間隔で、０．１μｍ〜５μｍの深さに形成され、前記強磁性体膜は、前記溝の各側壁に、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成されていることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ用の磁気光学素子。
【請求項３】
前記第１の強磁性体膜は、鉄を主成分として、１０ｎｍ以下の厚さに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ用の磁気光学素子。
【請求項４】
前記第２の強磁性体膜は、その保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な層に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のディスプレイ用の磁気光学素子。
【請求項５】
前記溝は、前記溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた前記透明基板の表面の高さが変化されて、前記溝の長さ方向において、その深さが連続的に変化する状態で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のディスプレイ用の磁気光学素子。
【請求項６】
前記溝は、前記溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた前記透明基板の表面の高さが変化されて、前記溝の長さ方向において、その深さが不連続に変化する状態で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のディスプレイ用の磁気光学素子。
【請求項７】
前記溝と基板との間に反射膜がさらに形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のディスプレイ用の磁気光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気光学素子に関し、詳細には、光透過性が良好で、磁気的及び光学的に情報の記録、消去及び再生を繰り返し行え、表示素子や偏光子としても利用可能な磁気光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ファラデー効果を利用した磁気記録媒体や光変調素子等が作製されている。このファラデー効果は、磁性体の磁化方向に対して平行に直線偏光が入射されると、直線偏光が、当該磁性体を通過することによって、光の偏光面が回転されるものである。
【０００３】
このようなファラデー効果を利用した磁気記録媒体や光変調素子としては、例えば、特開昭５６−１５１２５号公報に記載されているイットリウム及び希土類鉄ガーネットとその誘導体を用いた磁気記録媒体、特開昭６１−８９６０５号公報に記載されている六方晶フェライトを用いた磁気記録媒体、特開昭６２−１１９７５８号公報に記載されているイットリウム鉄ガーネット粒子を用いた塗布型磁気記録媒体及び特開平４−１３２０２９号公報記載の希土類鉄ガーネット微粒子を用いた塗布型磁気記録媒体等がある。
【０００４】
これらの磁気記録媒体は、磁性体あるいは磁性体微粒子を基体表面上に薄膜状に記録層として形成した構造を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の磁気光学素子は、基体表面上に薄膜状に記録層として磁性体あるいは磁性体微粒子の磁性膜を形成していたため、情報の記録、消去及び読出に限定され、ディスプレイや偏光子等に適用することができないという問題があった。
【０００６】
すなわち、磁性膜は、一般に、黒色や茶色で光透過率が低く、かつ、磁気光学効果は、直線偏光を数度回転させるだけと小さいものであり、この磁性膜が基体表面上に記録層として薄膜状に形成されていたため、記録、再生及び読み出しを良好に行うことができるが、光の透過率が悪く、また、適切にコントラストを付与することができないため、ディスプレイや偏光子等に適用することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、請求項１記載の発明は、可視光に対して透明な透明基板の表面に、所定間隔で所定深さの直線状の溝が複数形成され、前記溝の側壁のみに所定厚さの強磁性体膜が形成されたディスプレイ用の磁気光学素子であって、前記強磁性体膜は、第１の強磁性体膜および第２の強磁性体膜が積層されてなり、前記第１の強磁性体膜は、第２の強磁性体膜よりもその保磁力が小さく、かつ可視光の偏光面の回転角がより大きな強磁性材料からなり、前記第２の強磁性体膜は磁気記録が可能な保磁力を有する強磁性材料からなることにより、強磁性体膜にメモリ機能を持たせつつ、光の透過率とコントラストを向上させ、適切な表示機能を持たせることのできる磁気光学素子を提供することを目的としている。
【０００８】
請求項２記載の発明は、溝を、０．２μｍ〜２．０μｍの間隔で、０．１μｍ〜５μｍの深さに形成し、強磁性体膜を、溝の各側壁に、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成することにより、より一層光の透過率を向上させるとともに、コントラストを向上させ、より一層適切な表示機能をも持たせることのできる磁気光学素子を提供することを目的としている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、第１の強磁性体膜を、鉄を主成分として、１０ｎｍ以下の厚さに形成することにより、より一層偏光面の回転角を大きくして、コントラストをより一層向上させ、より一層適切な表示機能をも持たせることのできる磁気光学素子を提供することを目的としている。
【００１０】
請求項４記載の発明は、第２の強磁性体膜を、その保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な層に形成することにより、第２の強磁性体膜に適切なメモリ機能を持たせて、不用意に記憶内容が消去されることを防止しつつ、コントラストと保磁力のバランスを適切なものとして、より一層適切な表示機能とメモリ機能をも持たせることのできる磁気光学素子を提供することを目的としている。
【００１１】
請求項５記載の発明は、溝を、溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた透明基板の表面の高さを変化させて、溝の長さ方向において、その深さが連続的に変化する状態で形成することにより、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせ、より一層コントラストを向上させ、より一層適切な表示機能をも持たせることのできる磁気光学素子を提供することを目的としている。
【００１２】
請求項６記載の発明は、溝を、溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた透明基板の表面の高さが変化させて、溝の長さ方向において、その深さが不連続に変化する状態で形成することにより、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせるとともに、光の３原色に対応した波長で大きな回転角を得られるようにして、カラー表示を可能とすることのできる磁気光学素子を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の磁気光学素子は、可視光に対して透明な透明基板の表面に、所定間隔で所定深さの直線状の溝が複数形成され、前記溝の側壁のみに所定厚さの強磁性体膜が形成されたディスプレイ用の磁気光学素子であって、前記強磁性体膜は、第１の強磁性体膜および第２の強磁性体膜が積層されてなり、前記第１の強磁性体膜は、第２の強磁性体膜よりもその保磁力が小さく、かつ可視光の偏光面の回転角がより大きな強磁性材料からなり、前記第２の強磁性体膜は磁気記録が可能な保磁力を有する強磁性材料からなることにより、上記目的を達成している。
【００１４】
上記構成によれば、可視光に対して透明な透明基板の表面に、所定間隔で所定深さの直線状の溝を複数形成し、溝の側壁に所定厚さの強磁性体膜を形成して、当該強磁性体膜を、保磁力の異なる第１の強磁性体膜および第２の強磁性体膜で形成しているので、保磁力のより大きな第２の強磁性体膜にメモリ機能を持たせつつ、可視光の偏光面の回転角がより大きな第１の強磁性体膜により光の透過率とコントラストを向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、適切な表示機能をも持たせることができる。
【００１５】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記溝は、０．２μｍ〜２．０μｍの間隔で、０．１μｍ〜５μｍの深さに形成され、前記強磁性体膜は、前記溝の各側壁に、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成されていてもよい。
【００１６】
上記構成によれば、溝を、０．２μｍ〜２．０μｍの間隔で、０．１μｍ〜５μｍの深さに形成し、強磁性体膜を、溝の各側壁に、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成しているので、より一層光の透過率を向上させることができるとともに、コントラストを向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【００１７】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記第１の強磁性体膜は、鉄を主成分として、１０ｎｍ以下の厚さに形成されていてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、第１の強磁性体膜を、鉄を主成分として、１０ｎｍ以下の厚さに形成しているので、より一層偏光面の回転角を大きくして、コントラストをより一層向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【００１９】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記第２の強磁性体膜は、その保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な層に形成されていてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、第２の強磁性体膜を、その保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な層に形成しているので、第２の強磁性体膜に適切なメモリ機能を持たせて、不用意に記憶内容が消去されることを防止しつつ、コントラストと保磁力のバランスを適切なものとすることができ、記録、再生及び読出機能を向上させることができるとともに、より一層適切な表示機能とメモリ機能をも持たせることができる。
【００２１】
また、例えば、請求項５に記載するように、前記溝は、前記溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた前記透明基板の表面の高さが変化されて、前記溝の長さ方向において、その深さが連続的に変化する状態で形成されていてもよい。
【００２２】
上記構成によれば、溝を、溝の底面、あるいは、溝と溝に挟まれた透明基板の表面の高さを変化させて、溝の長さ方向において、その深さが連続的に変化する状態で形成しているので、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせて、より一層コントラストを向上させることができ、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【００２３】
さらに、例えば、請求項６に記載するように、前記溝は、前記溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた前記透明基板の表面の高さが変化されて、前記溝の長さ方向において、その深さが不連続に変化する状態で形成されていてもよい。
【００２４】
上記構成によれば、溝を、溝の底面、あるいは、溝と溝に挟まれた透明基板の表面の高さが変化させて、溝の長さ方向において、その深さが不連続に変化する状態で形成しているので、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせることができるとともに、光の３原色に対応した波長で大きな回転角を得られるようにして、カラー表示を可能とすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２６】
図１〜図５は、本発明の磁気光学素子の第１の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、基板の表面に平行な複数の溝を形成し、当該溝の側壁に下面層と上面層の２種類の強磁性体膜を形成したもので、請求項１から請求項４に対応するものである。
【００２７】
図１は、本発明の磁気光学素子の第１の実施の形態を適用した磁気光学素子１の要部正面断面図である。
【００２８】
図１において、磁気光学素子１は、透明基板２の下面に反射膜３を挟んで透明基板４が配設され、透明基板２の表面に反射防止膜５が形成されている。
【００２９】
透明基板２の下面側には、所定間隔で所定深さの直線状の溝６が表面側に向かって複数形成されており、溝６の両サイドウォール（側壁）には、それぞれ強磁性体膜７が形成されている。溝６は、０．２〜２．０μｍの間隔で形成され、その深さが、０．１〜５μｍの間で一定の深さに形成されている。
【００３０】
強磁性体膜７は、図２に示すように、下面層８と表面層９で形成されており、全体として、５〜１００ｎｍの厚さに形成されている。下面層８は、保磁力が、２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な膜に形成されており、表面層９は、鉄（Ｆｅ）により、１０ｎｍ以下の厚さに、島状に凹凸が生じることなく、平坦に形成されている。なお、表面層９を形成する鉄は、純鉄に限るものではなく、多少不純物が混入していてもよく、磁気異方性が表面層９の面内にあれば、適切な磁気光学効果を得ることができる。
【００３１】
この磁気光学素子１は、図３に示すように、透明基板２の表面に、凹型の溝６を直線状に形成する溝形成工程、溝６のサイドウォールに強磁性体膜７を形成する強磁性体膜形成工程、表面に反射膜３の形成された透明基板４を透明基板２の溝６側の面に張り合わせる張り合わせ工程、透明基板２の表面に反射防止膜５を形成する反射防止膜形成工程を順次行うことにより形成される。
【００３２】
すなわち、まず、図３（ａ）に示すように、透明基板２の表面に、レジスト１１を形成し、図３（ｂ）に示すように、形成する溝６の幅と間隔に合わせて、フォトリソグラフィー技術により、レジスト１１を、一定の幅及び間隔に直線状にパターン化する。このレジスト１１を使用して、図３（ｃ）に示すように、レジスト１１の剥離された部分を、エッチングし、このとき、透明基板２をも溝６の深さにエッチングする。
【００３３】
この透明基板２としては、ＭＭＡ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアリレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フエノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ナイロン樹脂、フルオレン系ポリマー等の透明プラスチックに代表される有機物、ガラス、石英及びアルミナ等の無機透明材料を使用することができ、透明基板２は、その厚さが、５０〜５００μｍに形成されている。
【００３４】
次いで、図３（ｄ）に示すように、レジスト１１を剥離する。この透明基板２に形成された凹型の溝６の側面の壁をサイドウォールという。この溝６の深さ、すなわち、溝６のサイドウォールの高さは、加工面に対して垂直な状態で深く（１０μｍ程度まで）、比較的容易に作製することができる。なお、透明基板２として、例えば、透明プラスチックを用いると、透明プラスチックの透明基板２の表面上に、例えば、ＳｉＯ2 薄膜をＰＶＤ法で成膜し、このＳｉＯ2 薄膜表面に溝６を形成するようにしてもよい。また、このリソグラフィー法を使用すれば、直線性の良好な溝６を形成することができる。
【００３５】
次に、透明基板２の溝６を含んだ表面に、強磁性体膜７を形成する。この強磁性体膜７の成膜は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法といわれる薄膜作製法、あるいは、メッキ法を用いて好適に形成することができるが、成膜方法は、これらに限定されるものではなく、いずれにしても、従来法より薄い膜を形成することができる。この強磁性体膜７は、上述のように、下面層８と表面層９とで形成されており、まず、保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な下面層８を、上記成膜方法により形成した後、当該下面層８の表面上に、鉄（Ｆｅ）により、１０ｎｍ以下の厚さに表面層９を形成することにより、形成する。
【００３６】
次いで、図３（ｆ）に示すように、透明基板２の溝６を含む表面に形成した強磁性体膜７のうち、透明基板２の基板表面に平行な部分を、Ａｒイオンによるエッチング（湿式または乾式かを問わないが、透明基板２側に逆バイアス電圧を印加して、逆スパッタ法によるのが好ましい。）により、除去し、図３（ｇ）に示すように、透明基板２の基板表面に垂直な面、すなわち、溝６のサイドウォール部分のみに、強磁性体膜７を残す。
【００３７】
続いて、別の透明基板４の片面に反射膜３を形成し、この反射膜３を形成した透明基板４の反射膜３と、上記溝６を形成して当該溝６のサイドウォールに強磁性体膜７を形成した透明基板２の溝６の開口側の面とを、図３（ｈ）に示すように、張り合わせる。
【００３８】
この反射膜３は、特定の可視光域の波長に高い反射率を有する材料、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、ＴｅＯｘ、ＴｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ等を、真空密着、スパッタリング、あるいは、イオンブレーティング等の方法により、透明基板４の表面上に、５００〜１０００オングストロームの厚さに形成される。なお、反射膜３としては、上記の他にも、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 等の交互多層膜、金属と誘導体の交互多層膜、傾斜型反射板、あるいは、ホログラム反射板（日本ポラロイド社製「ポロブライト」等）等であってもよい。
【００３９】
また、本実施の形態においては、透明基板２の溝６を形成した面とは反対側の面に、反射防止膜５が形成されている。この反射防止膜５は、光の透過率を向上させて、化学的腐食や光による化学的変化を防止する。特に、磁気光学素子１をディスプレイ（表示素子）として使用する場合には、反射防止膜５を形成することが、望ましい。
【００４０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の磁気光学素子１は、図４に示すように、ディスプレイ２０に適用することができ、ディスプレイ２０は、磁気光学素子１の表面に偏光子２１が配設され、図５に示すような磁気ヘッド２２により、文字や絵等の画像が記載される。磁気ヘッド２２は、図５に示すように、例えば、棒磁石２３が先端に設けられたものが使用される。なお、図４は、磁気光学素子１をディスプレイ２０に適用した場合の画像表示の原理（コントラストの付け方）を、模式的に示したものである。
【００４１】
図４において、いま、磁気ヘッド２２により線等の画像が描かれると、磁気光学素子１は、図４（ｂ）及び図４（ｄ）に示すように、その強磁性体膜７の下面層８と表面層９の磁化方向が、磁気ヘッド２２の棒磁石２３の磁気により、膜厚方向に並んだ状態の磁化部７ａと、磁気ヘッド２２が作用せずに磁気方向が不規則な非磁化部７ｂと、に分かれる。なお、図４（ｂ）及び図４（ｄ）において、強磁性体膜７内に示す矢印２４は、強磁性体膜７の下面層８と表面層９の磁気の向き、すなわち、磁化方向（スピン方向）を示しており、図４中、左右両側の矢印２５ａ、２５ｂは、光の各部での偏光方向を示している。
【００４２】
この状態で、図４（ａ）に示すように、偏光子２１の外側から光が入射されると、入射光は、偏光子２１と同じ向きの光、すなわち、偏光面２５ａ、２５ｂが偏光子２１と同じ方向の光のみが偏光子２１を通過し、この偏光面２５ａ、２５ｂの光が、磁気光学素子１の反射防止膜５を通過して、溝６の形成された透明基板２に入射される。
【００４３】
この入射光は、図４（ｂ）に示すように、透明基板２に形成された溝６の強磁性体膜７を通過するが、この入射光のうち、強磁性体膜７の磁化部７ａを通過する入射光は、強磁性体膜７の磁化方向が一方向に並んでいるため、その偏光面２５ａがファラデー回転角θだけ回転されて反射膜３に入射し、強磁性体膜７の非磁化部７ｂを通過する入射光は、強磁性体膜７の磁化方向が不規則な方向に向いているため、その偏光面２５ｂが回転されることなく、そのまま反射膜３に入射する。
【００４４】
そして、強磁性体膜７は、溝６のサイドウォールに形成されて、光の入射方向及び出射方向に対して平行の方向に形成されており、溝６の形成された透明基板２を光が透過しやすく、かつ、強磁性体膜７での磁気光学効果を、１０度以上と、大きくすることができるとともに、強磁性体膜７を下面層８と表面層９の２層構造としているため、光の偏光面の回転角度、すなわち、磁気光学効果をさらに大きくして、磁気光学効果の得られる波長範囲を広げることができるとともに、図６に示すように、ピーク波長範囲を広く、すなわち、半値幅で数十ｎｍの波長範囲と広くすることができる。
【００４５】
すなわち、溝６のサイドウォールに形成された強磁性体膜７における磁気光学効果は、その詳細なメカニズムは、明確ではないが、強磁性体膜７が非常に薄い膜であるため、強磁性体膜７を通過する光は、ファラデー効果ではなく、反射によって偏光面の回転の生じるカー効果によって生じているものと考えられる。このとき、強磁性体膜７が光の進行方向に対して平行であるほど、偏光面の回転角度が大きいため、非線形な磁気光学効果が生じていると考えられる。
【００４６】
そして、表面層９は、鉄（Ｆｅ）により形成されているため、磁気光学効果をより一層向上させることができる。すなわち、鉄（Ｆｅ）は、保磁力が小さいため、情報の記憶を行うことはできないが、磁気異方性が表面層９の膜面内にあり、表面層９に垂直な方向に磁気異方性がある場合よりも大きな磁気光学効果を発揮し、溝６のサイドウォールに形成されて光に対して平行に形成された表面層９は、より一層大きな磁気光学効果を発揮する。
【００４７】
そして、反射膜３に入射した光は、図４（ｃ）に示すように、磁化部７ａ及び非磁化部７ｂのいずれを通過した光も、偏光面２５ａ、２５ｂがそのままの状態で反射されて、図４（ｄ）に示すように、再度、透明基板２に入射する。
【００４８】
反射膜３で反射された光のうち、磁化部７ａに入射した光は、再び、その偏光面２５ａがファラデー回転角θだけ回転され、入射時と反射時で合計、２θだけ回転されて、図４（ｅ）に示すように、反射防止膜５を経て偏光子２１に向かうが、非磁化部７ｂに入射した光は、その偏光面２５ｂが回転されることなく、そのまま反射防止膜５を経て偏光子２１に向かう。
【００４９】
上記入射光のうち、磁化部７ａを通過した光は、入射時に偏光子２１で偏光されるとともに、透明基板２の強磁性体膜７で、入射時と出射時の２回、その偏光面２５ａが偏光されるため、その偏光面２５ａが、出射時には、偏光子２１の偏光方向と異なった方向に大きく偏光されており、偏光子２１を通過することができない。その結果、強磁性体膜７のうち、磁化部７ａ、すなわち、磁気ヘッド２２で画像の描かれた画像部分に入射された光は、偏光子２１から外部に出射することができず、暗くなる。
【００５０】
一方、上記入射光のうち、非磁化部７ｂを通過した光は、入射時に偏光子２１で偏光されるが、透明基板２の強磁性体膜７で、入射時と出射時のいずれの場合にも、その偏光面２５ａが偏光されないため、その偏光面２５ａが、出射時においても、偏光子２１の偏光方向と同じ方向に偏光された状態となっており、偏光子２１を通過することができる。その結果、強磁性体膜７のうち、非磁化部７ｂ、すなわち、磁気ヘッド２２で画像の描かれた画像部分以外の部分に入射された光は、反射膜３で反射されて偏光子２１から外部に出射され、明るくなる。
【００５１】
また、強磁性体膜７は、上述のように、下面層８と表面層９の２層に形成されており、下面層８は、保磁力が２００［Ｏｅ］以上に形成されているため、繰り返し記憶・消去できるとともに、不用意に消去されることのないメモリ機能を発揮し、一旦磁気ヘッド２２で描かれた画像を、次に、磁気ヘッド２２で磁気的に消去されるまで、記憶を保持して、ディスプレイ２０として適切な表示機能を発揮する。
【００５２】
このように、本実施の形態の磁気光学素子１は、可視光に対して透明な透明基板２の表面に、所定間隔で所定深さの直線状の溝６を複数形成し、溝６の側壁（サイドウォール）に所定厚さの強磁性体膜７を形成して、当該強磁性体膜７を、溝６の側壁側の下面層８と当該下面層８の表面に形成された表面層９の２種類の強磁性体膜で形成している。その結果、強磁性体膜７にメモリ機能を持たせつつ、光の透過率とコントラストを向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、適切な表示機能をも持たせることができる。
【００５３】
また、溝６を、０．２μｍ〜２．０μｍの間隔で、０．１μｍ〜５μｍの深さに形成し、強磁性体膜７を、溝６の各側壁に、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成している。したがって、より一層光の透過率を向上させることができるとともに、コントラストを向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【００５４】
さらに、表面層９を、鉄を主成分として、１０ｎｍ以下の厚さに形成しているので、より一層偏光面の回転角を大きくして、コントラストをより一層向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【００５５】
また、下面層８を、その保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な層に形成しているので、下面層８に適切なメモリ機能を持たせて、不用意に記憶内容が消去されることを防止しつつ、コントラストと保磁力のバランスを適切なものとすることができ、記録、再生及び読出機能を向上させることができるとともに、より一層適切な表示機能とメモリ機能をも持たせることができる。
【００５６】
図７は、本発明の磁気光学素子の第２の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、基板の表面に複数の溝を形成し、当該溝の側壁に下面層と上面層の２種類の強磁性体膜を形成するとともに、当該溝の深さを変化させたもので、請求項５及び請求項６に対応するものである。
【００５７】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様の磁気光学素子に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態と同様の構成部分には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５８】
図７は、本発明の磁気光学素子の第２の実施の形態を適用した磁気光学素子３０の要部正面断面図である。
【００５９】
図７において、透明基板２には、溝３１が０．２〜２．０μｍの間隔で形成され、その深さが溝３１毎に異なるとともに、図７中、右側の溝３１から左側の溝３１ほど、順次浅くなっている。溝３１には、そのサイドウォールに強磁性体膜７が形成されており、強磁性体膜７は、下面層８と表面層９で形成されている。したがって、この強磁性体膜７は、溝３１の深さ、すなわち、サイドウォールの縦方向の長さに対応した縦方向の長さを有している。
【００６０】
本実施の形態の磁気光学素子３０は、上述のように、溝３１が、異なった深さに形成されているため、強磁性体膜７における磁気光学効果のピーク波長範囲を広くすることができ、コントラストを向上させることができる。
【００６１】
すなわち、磁気光学効果のピークの波長範囲は、広ければ、広いほどコントラストが向上するが、この磁気光学効果のピークの波長は、透明基板２の屈折率に溝３１の深さを乗算した大きさ（透明基板２の屈折率×溝３１の深さ）に対応しており、この磁気光学効果のピークの波長範囲を広げるには、透明基板２の屈折率と溝３１の深さの少なくともいずれか一方に分布を持たせることにより行うことができる。ところが、透明基板２の屈折率に分布を持たせることができないが、溝３１の深さに分布を持たせることは、容易に行うことができる。
【００６２】
そこで、本実施の形態の磁気光学素子３０は、この溝３１の深さを溝３１毎に異なった深さに形成して、溝３１の深さに分布を持たせている。
【００６３】
したがって、溝３１の深さを変化させるて分布を持たせると、磁気光学効果のピークが種々の波長で現れ、図６に示したように、磁気光学効果のピークの波長範囲が広がる。その結果、磁気光学素子３０のコントラストを向上させることができ、磁気光学素子３０をディスプレイに適用した場合にも、適切な表示を行うことができる。
【００６４】
なお、溝３１の深さを異ならせるには、上述のように溝３１毎に深さを異ならせる方法に限るものではなく、例えば、図８に示すように、一つの溝３２の深さを、当該溝３２の長さ方向において、徐々に変化させるようにしてもよい。このような深さに傾斜の付いた溝３３の形成方法は、例えば、まず、同じ深さの溝３２を透明基板２に形成した後、透明基板２を傾斜させて、ＳｉＯ2 等をＰＶＤ法等で溝３２の底に付加することにより、形成してもよいし、透明基板２の溝３３と溝３３の間の表面を傾斜させることにより形成してもよい。
【００６５】
このような深さが連続的に変化する溝３２を形成した場合にも、上記同様の効果を得ることができる。
【００６６】
また、深さの異なる溝３１を形成する方法としては、上記実施の形態のように、順次深さが連続的に深くあるいは浅くなる溝３１に限るものではなく、例えば、図９に示すように、深さの浅い溝３３を連続して複数形成し、次いで、溝３３よりも深さの深い溝３４を複数連続して形成することを順次行って複数の深さの溝３３、３４等を形成するようにしてもよい。あるいは、図１０に示すように、深さの異なる溝３３、３４等を所定の順番に複数形成してもよい。
【００６７】
このような深さの異なる複数の溝３３、３４等を所定の順序で形成すると、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせることができるとともに、光の３原色に対応した波長で大きな回転角を得られるようにして、カラー表示を可能とすることができる。
【００６８】
〈実施例１〉
本実施例では、以下の方法で、図１に示した磁気光学素子１と同様の磁気光学素子を作製した。
【００６９】
透明基板として、１ｍｍ厚の石英基板を使用して、この石英基板の片面に、合計で１２０ｎｍ厚となるようにＣｒ2Ｏ3、次いで、Ｃｒの２層を形成する。このＣｒ層の上に、ポジ型レジストを設け、このレジスト上にフォトマスクを配置して、ＵＶ（紫外線）光を用いて、上記レジスト層をエッチングする。さらに、フッ素系ガスを用いて石英基板の表面をエッチングして、深さが、０．４μｍの溝を形成し、その後、レジスト層を剥離した。
【００７０】
上記石英基板の溝を形成した方の表面側から、反応性スパッタ法を用いて、下面層として、酸化鉄薄膜（６０ｎｍ厚）を溝を含む石英基板表面に製膜した。このときのターゲットとしては、鉄を用い、反応性ガスとしては、酸素を用い、さらに、成膜時の石英基板温度は、３００度とした。このようにして成膜した酸化鉄薄膜は、その平坦部で測定した保磁力が、３５０［Ｏｅ］で、面内方向の角型比が、０．５６で、面内磁気異方性を有する膜であった。
【００７１】
次いで、ガス中蒸着法を用いて、石英基板を加熱することなく、上記酸化鉄である下面層の面上に鉄を蒸着して、平均膜厚が８ｎｍの表面層を形成した。このガス中蒸着法において使用したアルゴン（Ａｒ）ガスは、５０ＣＣＭの流量で流し、全圧力で、１．０-1Ｐａとした。この表面層は、平坦部で測定した保磁力が、５［Ｏｅ］で、面内方向の角型比が、０．９２であって、大きな面内磁気異方性を有した膜であった。
【００７２】
次いで、イオンエッチング装置を用いて、石英基板側に−３５０Ｖを印加し、Ａｒガスを導入して逆スパッタ法により、石英基板の溝を形成した側の表面と溝の底面の鉄微粒子膜（下面層と表面層）を除去し、溝のサイドウォールのみに鉄微粒子膜である下面層と表面層、すなわち、強磁性体膜を残した。
【００７３】
上記方法で作製した磁気光学素子の強磁性体膜の磁気光学効果を、波長５２０ｎｍの光を用いて、最大印加磁界を、１５Ｋガウスとして測定した。印加磁界を１５Ｋ、０ガウスにした場合の偏光面回転角は、それぞれ２１度、１９度であった。
【００７４】
次いで、一般に市販されているフィルム型偏光子（２色性物質にヨウ素を用いたもの）を上記磁気光学素子である溝を形成した石英基板の両側に配置し、ディスプレイ（表示素子）を作製した。フィルム型偏光子の波長５２０ｎｍにおける透過率は、約４０％ほどである。
【００７５】
この表示素子に、図５に示した磁気ヘッドの先を偏光子の上に軽く押し当て、文字を書いた後、この文字のコントラストが最も大きくなるように、フィルム型偏光子の吸収軸を回転して合わせて固定した。なお、磁気ヘッドは、表面磁束が２Ｋガウスのものを使用した。
【００７６】
この場合の画像のコントラストは、約１．９であった。磁気ヘッドを偏光子に近づけ、ゆっくりと移動させて、画像を消去すると、繰り返して画像形成を行うことができた。
【００７７】
磁気記録の方法として、上記強磁性体膜の全体を石英基板面に対して垂直方向に磁化し、上記磁気ペンの先端で画像部として逆の垂直方向に磁化した場合には、上記の場合のコントラストの２倍のコントラストを得ることができた。
【００７８】
〈比較例１〉
比較例として、実施例１の酸化鉄膜の上に鉄膜を作製しないで、他は、実施例１と全く同様にして磁気記録を実施した。すなわち、強磁性体膜として、下面層のみを作製し、表面層を作製しないものを比較例としたところ、コントラストが、０．９の画像しか得られなかった。
【００７９】
〈実施例２〉
本実施例では、以下の方法で、磁気光学素子を作製した。すなわち、実施例１で作製した石英基板の溝を形成した側の表面上に、ガス中蒸着法を用いて、石英基板を加熱することなく、鉄を蒸着して、平均膜厚が、７６ｎｍの下面層を形成した。このガス中蒸着法で使用したガスは、Ａｒと空気の混合ガスで、Ａｒを、５０ＣＣＭ、空気を５ＣＣＭの流量で流し、全圧力で１．３Ｐａとした。この膜は、平均粒子径７ｎｍの鉄微粒子を含有していた。また、膜の組成は、６４％が鉄であり、他は、酸素と炭素、窒素であった。そして、下面層は、平坦部で測定した保磁力が、４５０［Ｏｅ］で、面内方向に測定した角型比が、０．４３で、面内磁気異方性を持った膜であった。
【００８０】
その他は、実施例１と全く同様にして、上記鉄微粒子膜（下面層）の表面に純鉄膜を設けて、表面層として磁性層を作製した。
【００８１】
この磁気光学素子の上記下面層と表面層からなる強磁性層の磁気光学効果を、波長５２０ｎｍの光を用いて、最大印加磁界１５Ｋガウスとして測定した。
【００８２】
印加磁界を、１５Ｋガウス、０ガウスにした場合の偏光面回転角は、それぞれ２３度、２０度であった。
【００８３】
次いで、フィルム型偏光子を上記溝に強磁性層形成した石英基板の両側に配置し、表示素子を作製した。
【００８４】
実施例１と同様にして画像を形成したところ、画像のコントラストは、約１．８であった。
【００８５】
この画像を形成した表示素子に磁気ヘッド（表面磁束２Ｋガウス）を偏光子に近づけ、ゆっくりと移動させて画像を消去したところ、繰り返し画像を形成することができた。
【００８６】
〈比較例２〉
比較例として、実施例２の鉄微粒子膜の上に純鉄膜を作製しないで、他は、実施例２と全く同様にして磁気記録を実施したところ、コントラストが、１．３の画像しか得られなかった。
【００８７】
〈実施例３〉
本実施例では、以下の方法で、磁気光学素子を作製した。すなわち、透明基板として、１ｍｍ厚の石英基板を使用し、この石英基板の片面に、Ｃｒ2Ｏ3、次いで、Ｃｒの２層を、平均で、１２０ｎｍ、厚い箇所と薄い箇所で最大２０％異なるように設けた。
【００８８】
さらに、このＣｒ層の上にポジ型レジストを、同様に膜厚に差異を与えて設け、幅及び間隔が、１．０μｍであって、深さが、０．３〜０．６μｍの間で連続的に変化する溝を、実施例１と同様に形成した。
【００８９】
その後、これらの深さが連続的に変化する溝のサイドウォールに、実施例１と同様に、強磁性体膜を形成した。
【００９０】
この磁気光学素子の強磁性体膜の磁気光学効果を測定したところ、波長５９０ｎｍにピークが得られ、ピークの強度が半分になる半値幅は、７８ｎｍと大きかった。
【００９１】
また、波長５９０ｎｍの光を用いて、最大印加磁界を、１５Ｋガウス、０ガウスにした場合の偏光面回転角を測定したところ、それぞれ、２０度と１８度であった。
【００９２】
さらに、上記磁気光学素子を使用して表示素子を作製し、画像を表示させたところ、画像のコントラストは、２．３で、実施例１の１．９よりも向上した。
【００９３】
〈実施例４〉
本実施例では、以下の方法で、磁気光学素子を作製した。すなわち、透明基板として、１ｍｍ厚の石英基板を使用して、この石英基板の片面に、Ｃｒ2Ｏ3、次いで、Ｃｒの２層を、厚い箇所で１３５ｎｍ、薄い箇所で、１０５ｎｍと異なるように設けた。
【００９４】
さらに、このＣｒ層の上に、ポジ型レジストを、同様に膜厚に差異を与えて設けた。
【００９５】
幅及び間隔が、１．０μｍであって、深さが、０．３５μｍと０．４５μｍの２種類の溝を、実施例１と同様に形成した。
【００９６】
その後、これらの深さが連続的に変化する溝のサイドウォールに、実施例１と同様に、強磁性体膜を形成した。
【００９７】
この磁気光学素子の強磁性体膜の磁気光学効果を測定したところ、図１１に示すように、波長５１２ｎｍと波長５７７ｎｍに２つのピークが得られた。
【００９８】
さらに、上記磁気光学素子を使用して表示素子を作製し、画像を表示させたところ、画像のコントラストは、２．３で、実施例１の１．９よりも向上した。
【００９９】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１００】
【発明の効果】
請求項１記載の発明のディスプレイ用の磁気光学素子によれば、可視光に対して透明な透明基板の表面に、所定間隔で所定深さの直線状の溝を複数形成し、溝の側壁に所定厚さの強磁性体膜を形成して、当該強磁性体膜を、保磁力の異なる第１の強磁性体膜および第２の強磁性体膜で形成しているので、保磁力のより大きな第２の強磁性体膜にメモリ機能を持たせつつ、可視光の偏光面の回転角がより大きな第１の強磁性体膜により光の透過率とコントラストを向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、適切な表示機能をも持たせることができる。
【０１０１】
請求項２記載の発明のディスプレイ用の磁気光学素子によれば、溝を、０．２μｍ〜２．０μｍの間隔で、０．１μｍ〜５μｍの深さに形成し、強磁性体膜を、溝の各側壁に、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに形成しているので、より一層光の透過率を向上させることができるとともに、コントラストを向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【０１０２】
請求項３記載の発明のディスプレイ用の磁気光学素子によれば、第１の強磁性体膜を、鉄を主成分として、１０ｎｍ以下の厚さに形成しているので、より一層偏光面の回転角を大きくして、コントラストをより一層向上させることができ、記録、再生及び読出機能だけでなく、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【０１０３】
請求項４記載の発明のディスプレイ用の磁気光学素子によれば、第２の強磁性体膜を、その保磁力が２００［Ｏｅ］以上の磁気記録可能な層に形成しているので、第２の強磁性体膜に適切なメモリ機能を持たせて、不用意に記憶内容が消去されることを防止しつつ、コントラストと保磁力のバランスを適切なものとすることができ、記録、再生及び読出機能を向上させることができるとともに、より一層適切な表示機能とメモリ機能をも持たせることができる。
【０１０４】
請求項５記載の発明のディスプレイ用の磁気光学素子によれば、溝を、溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた透明基板の表面の高さを変化させて、溝の長さ方向において、その深さが連続的に変化する状態で形成しているので、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせて、より一層コントラストを向上させることができ、より一層適切な表示機能をも持たせることができる。
【０１０５】
請求項６記載の発明のディスプレイ用の磁気光学素子によれば、溝を、溝の底面、あるいは、隣接する２つの溝に挟まれた透明基板の表面の高さが変化させて、溝の長さ方向において、その深さが不連続に変化する状態で形成しているので、偏光面の回転角の波長ピークの幅に広がりを持たせることができるとともに、光の３原色に対応した波長で大きな回転角を得られるようにして、カラー表示を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気光学素子の第１の実施の形態を適用した磁気光学素子の正面部分断面図。
【図２】図１の溝部分の拡大正面断面図。
【図３】図１の磁気光学素子の製造手順を示す図。
【図４】図１の磁気光学素子を適用したディスプレイの表示原理の説明図。
【図５】図４のディスプレイに画像を描くのに使用する磁気ヘッド。
【図６】図１の磁気光学素子による光の偏光面の回転角度と磁気光学効果の得られるピーク波長を示す図。
【図７】本発明の磁気光学素子の第２の実施の形態を適用した磁気光学素子の要部正面断面図。
【図８】図７の磁気光学素子の他の例の磁気光学素子の溝部分の拡大斜視図。
【図９】図７の磁気光学素子のさらに他の磁気光学素子の要部正面断面図。
【図１０】図７の磁気光学素子のさらにまた他の磁気光学素子の要部正面断面図。
【図１１】実施例４の磁気光学素子による光の偏光面の回転角度と磁気光学効果の得られるピーク波長を示す図。
【符号の説明】
１  磁気光学素子
２  透明基板
３  反射膜
４  透明基板
５  反射防止膜
６  溝
７  強磁性体膜
８  下面層
９  表面層
１１  レジスト
２０  ディスプレイ
２１  偏光子
２２  磁気ヘッド
２３  棒磁石
２５ａ、２５ｂ  偏光面
３１、３２、３３、３４  溝
【図１】
0003771023.tif 000002
【図２】
0003771023.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003771023.tif 000007
【図７】
0003771023.tif 000008
【図８】
0003771023.tif 000009
【図１１】
0003771023.tif 000010
【図９】
0003771023.tif 000011
【図１０】
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