(57)【要約】光配向性膜と液晶薄膜とを隣接して形成する。これら光配向性膜及び液晶薄膜に対して光照射し、光配向性膜を配向させるとともに、光照射による温度上昇により液晶薄膜の粘度を低下させ、光配向性膜と液晶薄膜の界面の分子間力により液晶薄膜中の液晶分子を光配向性膜の配向に倣って配向させる。この液晶分子の配向により記録情報を保持する。これにより、光配向性膜を用いながら十分な信号量を実現し、熱安定性や光照射に対する安定性を確保する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光配向性膜と液晶薄膜とが隣接して積層されており、液晶薄膜中の液晶分子の配向により記録情報が保持されることを特徴とする光記録媒体。
【請求項２】
上記液晶薄膜は、１００℃以下で液晶分子の配向が変化しないことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項３】
上記液晶薄膜は、複屈折性を示すことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項４】
上記液晶薄膜は、配向方向に平行な直線偏光である蛍光を発することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項５】
上記液晶薄膜に対して直線偏光を励起光として照射したときに、当該励起光の偏光方向と分子配向の向きが略平行である場合に蛍光の発光が最大であり、略垂直である場合に蛍光の発光が最小であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の光記録媒体。
【請求項６】
上記液晶薄膜が、液晶分子としてポリフルオレンポリマーを含有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項７】
上記光配向性膜と液晶薄膜の２層を１組として、少なくとも２組以上が積層されてなり、
且つ、これら各組の間にバッファー層が設けられ、このバッファー層は光透過性を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項８】
光配向性膜と液晶薄膜とが隣接して形成される光記録媒体に対して光照射し、
上記光配向性膜を配向させるとともに、当該光照射による温度上昇により上記液晶薄膜の粘度を低下させて、上記光配向性膜と液晶薄膜の界面の分子間力により上記液晶薄膜中の液晶分子を上記光配向性膜の配向に倣って配向させ、
この液晶分子の配向により記録情報を保持することを特徴とする光記録方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光配向性膜と液晶薄膜を組み合わせた新規な光記録媒体に関するものであり、さらには光記録方法に関するものである。
背景技術
近年、アゾベンゼンを用いた光配向有機膜の応用検討が幅広く行われており、例えば光ディスクの記録材料として用いることが検討されている。
光配向有機膜を用いた光ディスクは、全て有機物であるため、適切に焼却すれば有害な物質を残すことがない。これは書き換え可能型光記録媒体として現在主流である光磁気媒体や相変化記録媒体に比べて大きな利点となる。環境問題は産業上も非常に大きな課題となっているためである。
上記のような光配向有機膜を光ディスクに用いたときの信号検出には、アゾベンゼンが配向したときに生ずる複屈折を読み取る方法が採られる。
ところで、光配向性有機膜の複屈折は一般に非常に小さく、したがって、高い変調度をとるためには膜厚を厚くする必要がある。
一方で、光ディスクにおいて高密度記録を行う際には、レンズの開口数ＮＡを上げ、光源を短波長化することになるが、その場合に焦点深度が浅くなることから、記録膜の膜厚は薄くする必要があり、結果的に複屈折の信号量は小さくならざるを得ない。
そこで、複屈折の大きな材料の開発も進められているが、材料作成のプロセスが複雑であることから量産性が悪かったり、消去特性が悪い等の問題がある。
また、一般に、このような光配向性有機膜は、熱安定性、光照射に対する安定性にも問題が多く、未だ実用には至っていない。
さらに、上記光配向性有機膜の記録方式としては、直線偏光の照射により偏光の方向に応じて分子の配向方向が変化する（光配向）ことを利用して分子配向の向きを情報として記録する方式が採用されるが、光ディスクでは再生時にも光を照射するために、この再生光により分子の配向方向が変化してしまい、記録情報が失われることも問題となっている。
一般に、再生光と記録光の光量差は１：１０程度であり、これ以上の差を設けることはレーザーの性能等に限度があるために困難である。そこで、例えば１０回再生すると１回記録したのと同じ量の光を当てていることになり、記録情報が再生によって失われることになる。
これを回避する手法としては、記録光源と再生光源を異なる波長とし、分光特性上再生光に対しては吸収の少ないようにすることが有効である。
しかしながら、この方法では、２波長の光源を同一の装置に収めなければならず、装置の大型化を招き、多大なコストを要する。また、再生には赤色などの長波長レーザーを用いることになるため集光スポット径が大きくならざるを得ず、記録密度を上げることができないという不都合も生ずる。
発明の開示
本発明は、光配向性膜を用いながら十分な信号量を得ることができ、しかも熱安定性や光照射に対する安定性に優れ、再生光の照射によって記録情報が失われることのない新規な光記録媒体、光記録方法を提供することを目的とする。
本発明の光記録媒体は、光配向性膜と液晶薄膜とが隣接して積層されており、液晶薄膜中の液晶分子の配向により記録情報が保持されることを特徴とするものである。
また、本発明の光記録方法は、光配向性膜と液晶薄膜とが隣接して形成される光記録媒体に対して光照射し、上記光配向性膜を配向させるとともに、当該光照射による温度上昇により上記液晶薄膜の粘度を低下させて、上記光配向性膜と液晶薄膜の界面の分子間力により上記液晶薄膜中の液晶分子を上記光配向性膜の配向に倣って配向させ、この液晶分子の配向により記録情報を保持することを特徴とするものである。
本発明は、液晶薄膜を光配向性膜に隣接して設けることにより、記録情報を液晶薄膜に保持するようにし、安定して記録再生ができるようにしたものである。すなわち、記録光が照射されている間に光配向性膜が配向し、冷える過程で液晶薄膜の液晶分子が光配向性膜に揃って固定されることにより、記録情報が保持される。この方法によれば同一波長での記録再生が可能になり、高密度での記録が可能となる。
このように、本発明の光記録媒体及び光記録方法は、光配向性膜の機能と液晶薄膜の機能とを利用し、安定した高密度記録再生を可能とするものである。
その利点としては、光配向性膜を直接信号検出に用いず、記録時の配向にのみ用いているため、光配向性膜の膜厚は薄くすることができる。これにより、配向する分子の数が少ないために反応速度が速いこと、薄い場合には分子の配向方向が面内に抑えられる効果が期待できること、また、透過率が高くなるために多層化に有利であることといった利点があり、高密度化する上で有利である。
また、光配向性膜の複屈折は小さいほど良いため、この層の材料の選択肢が広い。
さらに、液晶薄膜として蛍光発光層を用いる場合、蛍光の波長を任意に選択できることから、多層媒体にしたときの信号検出が容易に行える。すなわち、他の層からの信号と波長が異なるために層間の符号干渉を理想的に低減することが可能である。
液晶薄膜としては複屈折の大きな材料を用いることも可能で、この場合には、単層としたときにも大きな信号検出が可能である。
また、光配向性膜の配向度が低い場合でも、液晶薄膜の配向度が高いため、配向度の増強効果が得られる。
さらにまた、本発明の最も有効な効果としては、光配向性膜単層では不可能であった同一波長での記録・再生が可能であることを挙げることができる。特に、青色光源を用いた記録・再生が可能なため、高密度記録が可能となる。青色光源は蛍光の励起光としても適している。
加えて、本発明に用いられる材料は全て有機物であるため、適切に焼却すれば有害な物質を残すことがないという利点も有する。これは、書き換え可能型光記録媒体として現在主流である光磁気記録媒体や相変化記録媒体に比べて大きな利点となる。環境問題は産業上も非常に大きな課題となっているためである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を適用した光記録媒体及び光記録方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
先ず、本発明を適用した光記録媒体の基本的な構造を図１に示す。
図１に示す光記録媒体は、基板１上に光配向性膜２、液晶薄膜３を順次積層形成し、これを保護膜４で覆ってなるものであり、記録光や再生光は基板１側から照射される。
あるいは、図２に示すように、基板１上に液晶配向膜３、光配向性膜２の順に成膜してこれらを積層し、やはり基板１側から記録光、再生光を照射するような構成としてもよい。
ここで、上記光配向性膜２としては、例えばアゾベンゼンによる光異性化反応を利用する。アゾベンゼンについては化学式（１）にその構造を示す。
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アゾベンゼンにはトランスとシスの異性体があるが、熱的にはトランスが安定である。トランス体の長軸に平行な直線偏光が照射されると、トランス体は光を吸収してシスへと変化するが、すぐにトランスに戻る。この際、戻った方向は励起前と同じとは限らない。したがって、直線偏光が照射され続けると、偏光に平行なアゾベンゼンは常に励起され不安定位置となるため、最終的には直線偏光に垂直な方向にアゾベンゼンが配向する。
なお、本発明の光記録媒体において、この光配向性膜２の光を遮断した後の配向の安定性は記録には関与しないので、構造の最適化は比較的容易である。ただし、液晶薄膜３の配向を変化させる必要があるため、アゾベンゼンは高分子主鎖に結合していることが好ましい。
すなわち、アゾベンゼンによってこの高分子主鎖が移動し、高分子主鎖と隣接する液晶薄膜３とが結合していることにより液晶薄膜が配向し、情報が液晶薄膜に記録される。そこで、上記アゾベンゼンの置換基Ｒ１，Ｒ２の具体例としては、例えば、下記の化学式（２）に示すような置換基を挙げることができる。
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ただし、高分子主鎖に結合していなくても隣接する液相の配向を変化させることは可能で、そのような研究報告もなされている（第１８回国際液相会議アブストラクト　２７Ｂ−５−１）。
上記光配向性膜２の膜厚については、光配向性膜２が機能する程度の膜厚であれば良い。具体的には、１０ｎｍ程度以上であればよく、複屈折が小さい場合には、膜厚は厚くても良い。複屈折が大きい場合には、液晶薄膜３に到達するまでに偏光が乱れたり、液晶薄膜３からの信号の偏光が乱れるため、膜厚はなるべく薄い方がよい。また、膜厚が薄い方が配向する分子の数が少ないために反応速度が速いこと、配向方向が面内に抑えられる効果も期待できること等の理由から、光配向性膜２の膜厚はできるだけ薄い方が好ましく、例えば３０ｎｍ以下にすることが好ましい。
上記光配向性膜２の上（下）には、上記液晶薄膜３が隣接して積層形成されている。
この液晶薄膜３には、任意の液晶材料を用いればよいが、ここでは液晶膜として配向方向に平行な直線偏光の蛍光が生じる材料を用いている。かかる材料としては、具体的には、ポリフルオレンポリマーを挙げることができる。
ここで、蛍光発光型液晶であるポリフルオレンポリマーの具体構造を示す。
この材料は様々な形態が可能であり、ここではその一例を示す。光記録媒体の形態に応じて、例えば、これらのポリフルオレンの構造を変えることによって発光スペクトルを変えることも可能である。
基本的な構造を有するものを化学式（３）〜化学式（６）に、また、このポリマーの両端にエンドキャップを付けた場合の分子構造を化学式（７）〜化学式（９）に示す。エンドキャップをつけると蛍光の発光効率や発光の偏光特性が向上するという利点がある。また、化学式（１０）〜化学式（２７）にも、その他の例を示しておく。
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上記液晶薄膜３は、室温では粘度が高く、配向方向が容易には変化しないように設定する。記録の際には、光照射による温度上昇が生じ、その際に粘度が低下し配向方向が変化し易くなり、光配向性膜２の分子との間の分子間結合によりこれと同じ方向に配向する。光が遮断されてもこの方向が保持され、粘度が上がり、情報が保持される。
上記光配向性膜２と液晶薄膜３は、いずれもスピンコート法により成膜する。なお、これらは蒸着でも成膜することが可能である。スピンコート法の場合、光配向性膜２は、通常、溶媒に対する溶解性の低い材料であるため、溶媒として例えばＴＨＦ（テトラヒドロフラン）等を用いる。逆に、これは液晶薄膜３のスピンコートにとっては都合の良いことである。何故ならば、液晶薄膜３のスピンコートの際に光配向性膜２が溶解することがないためである。液晶薄膜３の溶媒には、より溶解度の高いものが用いられる。具体的には、例えばトルエンを挙げることができる。なお、光配向性膜２も溶解性が高い場合には、蒸着法を用いれば問題ない。
保護膜４としては、一般に光記録媒体で用いられている紫外線硬化樹脂を用いるが、スピンコートの際に液晶薄膜３を溶解してしまうため、液晶薄膜３との間にＳｉＮやＳｉＯ等の誘電体を５０〜１００ｎｍ成膜して保護する。
基板１としては、光磁気記録膜や相変化膜を記録層とする光記録媒体と同様、案内溝がらせん状に形成されている基板を用いる。光学系に合わせ、フォーカス及びトラッキングの各特性が得られるように、構造や寸法等を最適化したものを用いる。
上記基板１の材質としては、ポリカーボネートを用いることもできるが、光配向性膜２をスピンコートする場合には、溶媒の溶解性が高いために基板１をも溶解するため、光配向性膜２と基板１の間にＳｉＮやＳｉＯ等からなる誘電体層を５０〜１００ｎｍ成膜して保護する。この際、光の多重干渉があるため、最大の信号が検出されるように誘電体層の膜厚を設定する。
上記構成を有する光記録媒体において、情報の記録は、上述のように温度上昇が高いことを利用して液晶薄膜３の配向方向を入射する直線偏光と垂直方向に揃えることにより実現する。すなわち、光磁気記録膜や相変化膜と同様、記録時にはより高い強度の光を記録マークの部分にのみ入射し、再生時は温度上昇しない程度に低い強度の光を入射して信号を検出する。光配向性膜２は、光量に応じて配向度が変化するいわゆるフォトンモードであるが、実際の記録が行われるのは液晶薄膜３であるために、臨界温度が存在するいわゆる熱モードの機構を含めて記録が行われる。
光配向性膜２は、フォトンモードであるために、十分な光照射が無ければ配向度が低いが、液晶薄膜３は、分子同士の結合力が強いために配向度が高い。したがって、たとえ光配向性膜２の配向度が低くても、その方向に揃う液晶薄膜３の配向度が高くなり、いわば配向度の増強効果が得られる。すなわち、光配向性膜２を十分配向しなくても良いので、低エネルギーで高コントラストの記録が可能である。
ここで、上記蛍光を発する液晶薄膜３の特性について説明する。
光配向性膜２の代わりに下地にポリイミド膜を用い、このポリイミド膜上でのポリフルオレンポリマーの配向の違いによる蛍光発光を測定した。結果を図３及び図４に示す。この図はポリイミド上でのものだが、配向した光配向性膜２でも同じである。なお、ポリイミド膜に用いたポリイミドの構造を化学式（２８）に示す。
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図３は、励起レーザー光を４０７ｎｍとし、直線偏光で入射した場合の蛍光で、ポリフルオレンの配向の向きとレーザーの向きが平行の場合、垂直な場合についてのスペクトルである。この図のように、励起光の偏光方向と配向が平行な場合に蛍光強度が大きいため、例えば消去時の配向方向と記録マークの配向方向を垂直とし、再生光として直線偏光を入射すれば、蛍光強度の変調が観測されることがわかる。
図４は、レーザー光を円偏光としてポリフルオレンポリマーに入射したときの蛍光の偏光特性である。すなわち、検光子をディテクタの前に設置して、その角度を励起光と平行にした場合と垂直にした場合の観測光量のスペクトルである。この図に見られるように、蛍光自体も直線偏光となっている。すなわち、ポリフルオレンの配向方向を消去、記録マーク間で互いに垂直に記録した場合、円偏光の再生光で励起光を観測し、検出ディテクタの前に検光子を設けることで、蛍光強度の変調が観測される。
以上においては、液晶薄膜３を構成する液晶材料としてポリフルオレンポリマーを用いた例について説明してきたが、液晶薄膜３にポリフルオレンポリマーを用いない例も可能である。
すなわち、液晶薄膜３に用いる液晶材料自体には発光特性を持たせず、光配向性膜２との結合特性のみ良好であるように材料の選定を行う。
そして、この液晶薄膜に２色性蛍光色素をドーピングし、液晶材料と結合して配向するようにする。２色性蛍光色素としては、例えば化学式（２９）に示すような色素を例示することができる。なお、式中のＲは、アルキル鎖を表す。
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この場合、ポリフルオレンポリマーのように発光分子を含む液晶材料を単体で用いるのではなく、液晶分子と発光分子を別々に選定して混合して用いるということであり、これにより材料の選択の幅が広がり、最適化が容易になる。
次に、上記液晶薄膜として複屈折性を有する材料を用いた場合について説明する。
複屈折の大きな液晶材料は選択肢が多いが、基本的に分子構造は棒状である必要がある。基本的な膜構造を図５に示す。
基本的には図１に示すものと同じであるが、複屈折により偏光が回転し反射した光を検出するため、液晶薄膜３の上に反射膜５が設けてある。
上記反射膜５の膜厚は、反射率の高い金属膜である場合に、４０ｎｍ以上とすることが好ましい。反射率の高い金属としては、ＡｌやＡｇが例として挙げられる。反射膜５として金属膜を用いずに、例えば屈折率の異なる誘電体を積層して高い反射率を得ることも可能である。これは、例えば金属膜では熱伝導が良すぎて熱特性が悪いという場合に利用することができる。
液晶薄膜３の膜厚は、その複屈折の大きさをΔｎ、膜厚をｄとすると、およそｄ＝λ／８Δｎに設定する。
再生時の直線偏光は配向方向から４５°傾けて入射する。これにより、反射する偏光は円偏光となり、その向きが配向方向により右円偏光あるいは左円偏光となる。
ここで、上記設定がおよそｄ＝λ／８Δｎであって正確にそうでない理由は、光配向性膜との界面及び光配向性膜と基板との界面による反射が存在し、光の多重干渉効果が存在するためで、これにより入射光がちょうど円偏光となる膜厚はｄ＝λ／８Δｎから多少ずれる。正確な膜厚はこの多重干渉を計算して適切に設定することになる。
最後に、液晶薄膜として蛍光発光を有する材料を用い、光配向性膜と液晶薄膜の組（ペア）を多層にして用いた場合の例を示す。
この例の光記録媒体は、多層記録が可能であり、高密度化を実現するものである。その構造を図６に示す。
本例では、光配向性膜２と液晶薄膜３とを積層したペアが、バッファー層６を介して複数組、重ね合わされている。
光配向性膜２、液晶薄膜３の成膜方法は図１に示す例と同一であるが、異なるのは、このペアの間のバッファー層６である。これは各記録層の間を光の焦点深度以上に離すためのもので、どの層に焦点を結んだ場合でも他の層からの符号間干渉を最小限に抑える効果を得るものである。
そのため、このバッファー層６の膜厚は、数μｍ以上とし、この膜厚分だけ各ペア間を離す必要がある。例えば、この例では１０μｍとしている。
バッファー層６の材料としては、透明である必要があり、この例では紫外線硬化樹脂を用いているが、ポリカーボネートと粘着材によっても実現できる。光吸収を抑えるため、光配向性膜２及び液晶薄膜３の膜厚は薄い方が好ましい。
多層にした場合、液晶薄膜３の発光スペクトルは、各組毎に異なる波長となるようにする。その様子を図７に示す。
例えば、基板１に近い方の液晶薄膜３から順にＬＣ１，ＬＣ２等と名前を付けたときに、ＬＣ１が最も短波長の蛍光を発光するようにしし、ＬＣ２では分子構造を変えることによりやや長波長側にスペクトルがシフトするようにする。ＬＣ３以降も同様にする。
再生時には、色フィルターを用いたり、あるいはプリズムを用いることにより他の層からの信号の漏れ込みを抑えることが可能となり、Ｓ／Ｎを向上し、記録密度を上げることにつながる。
なお、再生専用光ディスクであれば、バッファー層６を薄くし、全ての層を焦点深度内に抑えることにより、再生時に全ての層からの蛍光を同時に検出し、光波長により信号を分離することも可能であり、高密度且つ高転送レートの光ディスクを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明を適用した光記録媒体の一構成例を示す概略断面図である。
図２は、本発明を適用した光記録媒体の他の構成例を示す概略断面図である。
図３は、ポリフルオレンポリマーに直線偏光を入射した場合の蛍光の偏光特性を示す特性図である。
図４は、ポリフルオレンポリマーに円偏光を入射した場合の蛍光の偏光特性を示す特性図である。
図５は、複屈折性の液晶薄膜を用いた場合の光記録媒体の構成例を示す概略断面図である。
図６は、多層構造とした光記録媒体の一例を示す概略断面図である。
図７は、多層構造とした場合における各液晶薄膜の発光スペクトルの設定例を示す特性図である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成13年3月22日(2001.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）光配向性模と液晶薄模とが隣接して積層されており、液晶薄膜中の液晶分子の配向により記録情報が保持される光記録媒体であって、前記液晶薄膜は配向方向に平行な直線偏光である蛍光を発することを特徴とする光記録媒体。
【請求項２】
（補正後）上記液晶薄膜に対して直線偏光を励起光として照射したときに、当該励起光の偏光方向と分子配向の向きが略平行である場合に蛍光の発光が最大であり、略垂直である場合に蛍光の発光が最小であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項３】
（補正後）上記液晶薄膜が、液晶分子としてポリフルオレンポリマーを含有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項４】
（補正後）上記光配向性膜と液晶薄膜の２層を１組として、少なくとも２組以上が積層されてなり、
且つ、これら各組の間にバッファー層が設けられ、このバッファー層は光透過性を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項５】
（補正後）上記光配向性膜と液晶薄膜の２層を１組として、少なくとも２組以上が積層されてなり、
且つ、各組の液晶薄膜は互いに波長の異なる蛍光を発することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光記録媒体。
【請求項６】
（補正後）光配向性膜と液晶薄膜とが隣接して形成される光記録媒体に対して、
相対的に移動する光源により、記録情報に従って光照射し、上記光配向性膜を配向させるとともに、当該光照射による温度上昇により上記液晶薄膜の粘度を低下させて、上記光配向性膜と液晶薄膜の界面の分子間力により上記液晶薄膜中の液晶分子を上記光配向性膜の配向に倣って配向させ、
光照射がなくなり温度が下降する過程で、上記液晶薄膜の液晶分子が上記光配向性膜の配向方向に固定されることにより上記記録情報を保持することを特徴とする光記録方法。
【請求項７】
削除
【請求項８】
削除
【国際調査報告】
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2002033702.tif 000022
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