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JP4521282B2 - 書き換え可能型光記録担体 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の層からなる記録スタックを有する書き換え可能型光記録担体に関し、この記録スタックは、第1の誘電体層（I1）と、相変化（PC）記録材料を有する記録層と、第2の誘電体層（I2）とで構成される。
CD-RW、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWおよびブルーレイディスク（BD）のような、既知の書き換え可能型光記録媒体のいずれにおいても、相変化記録スタックのような記録スタックが設置されている。通常PC層は、2の誘電体ZnS-SiO2層の間に積層設置される。現在のところ、消去することの可能な媒体用の相変化記録材料として、耐久性のある多結晶構造の合金を利用することができ、これには例えばSbとTeにIn、Geおよび／またはAgを添加した合金がある。そのような記録スタックの片側（I2側）には、反射層が設置され、通常この層は、金、銀またはアルミニウムのような金属で構成される。CD／DVDの場合、記録スタックは、例えばポリカーボネートのような基板が、記録スタックの他の側（I1側）に配されるように設置され、反射層の反対の側には反射層と接するように被覆層が設置される。記録用レーザービームは、記録信号によって変調され、基板側（まずI1側）から記録媒体に入射される。BDの場合、記録スタックは、基板が反射層側（I2側）に配されるように設置され、被覆層は、記録スタックに接するように、記録スタックの反射層とは反対の側（I1側）に設置される。記録用レーザービームは、被覆層の側（まずI1側）から記録媒体に入射される。
いずれの場合も、ビームは記録スタックに集束される。ディスクが集束レーザービームに対して移動すると、ビームは原則として記録層に吸収される。そのため、合金は局部的に加熱される。ある一定時間、温度が相変化材料の融点（約500℃乃至700℃）を超えると、相変化材料はアモルファス状態に変化する。隣接誘電体層を介する急速な熱損失によって合金は急冷され、アモルファス相が安定化する。従って記録マークがトラックに沿って残されることになる。低出力のレーザービームを照射すると、記録マークは消去される。すなわち記録層を約200℃に加熱すると、相は結晶質の相に戻る。原子が再結晶化するには、十分に高温に保持される必要があるため、PC媒体のアモルファス化のときの急激な変化とは異なり、結晶化はゆっくりとした過程で行われる。
通常、スタックはいわゆるhigh−low信号極性を示し、すなわちスタックは、結晶質相状態では高い反射率を示すが、アモルファス相状態（記録状態）では反射率は低下する。従って前記記録スタックに集束される記録用ビームは、記録されたアモルファスマーク（ピット）に照射された場合と、未記録の結晶質部（ランド）に照射された場合では異なる強度でスタックから反射される。
ところで誘電体層と反射層には、いくつかの役割が課される。すなわち、記録層を機械的損傷から保護すること、反射率および／または吸収率（光学特性）が最適化されるよう光学的に調整された構造を構成すること、急冷に対してディスクの熱特性を適合させて、熱損傷に対する効果的な保護を行うこと、である。
図3に示すように、光学特性は、第1の誘電体層の厚さd1によって周期的に変化する。特にアモルファスおよび結晶質状態での反射は、あるd1値において最小値および最大値となる。周期性は、以下の式で表される。
Figure 0004521282
 ここでmは整数であり、λは、レーザー光の波長、nはI1層材料の屈折率である。結晶質状態とアモルファス状態での反射率の差をとり、これを結晶状態の反射率で規格化した光のコントラストも、同じ周期で変化している。
PC層は、結晶質状態とアモルファス状態では異なる屈折率を示す。従って、PC層と隣接誘電体層間の屈折率のミスマッチに反射挙動が影響を受け、アモルファスおよび結晶質の反射の間に位相シフトが生じる。図3に示すhigh−low信号極性の場合、I1層の厚さd1は、アモルファスでの反射が最小となるように選定される。結晶質の基底領域（ランド）からの反射光の強度は、入射ビームに対する百分率単位で、四角形シンボルで示されている。三角形シンボルは、アモルファス記録状態部（ピット）での反射光強度を百分率単位で示したものである。丸シンボルは、結晶質状態とアモルファス状態の間の光コントラストを百分率単位で示したものであり、光コントラストから、入射ビームがピットを照射するときに反射光の減衰が生じることがわかる。なお光コントラストは、結晶質状態での反射強度で規格化されている。結果的に、最大の光コントラスト、すなわち最大の信号変調が得られるのは、アモルファスでの反射強度が最小に近づいたときである。×マークは、結晶質とアモルファス状態間の光学位相のシフトを示している。図3に示すように、第1の近似では、光学特性は、光コントラストの最大値には依存しない。ここでmは任意変数である。
しかしながら、従来の光学式記録ヘッドを備える記録機器で生じるレーザービームは、焦点距離が短い。光線の入射角は、図4に示すようにビーム径内の入射位置で変化する。図4において、401は集束される前のレーザービームを表しており、402は集束レンズ、403は集束後の集束レーザービーム、404は記録スタック406の表面405と垂直なレーザービーム（401、403）の中心線、407は入射角（α）、すなわち集束ビームと垂直入射の光線間の角度を表す。例えばBD方式の集束レーザービームの平均角αは、約35゜である。
この場合、誘電体層を通る実効光路leffは、次式のようにαに依存して変化する。
Figure 0004521282
 ここでl0は表面と垂直な光路を表す。式2からわかるように、実効光路長は、垂直光路l0が一定の場合、角度αとともに増大する。例えば角度を35゜と仮定すると、実効光路長の増加量は、22%となる。次式で表される光路差は、
Figure 0004521282
 位相シフト、さらにはディスクの光学特性の低下につながる。すなわち、誘電体層を薄く調整する程、より良好な光学特性が得られる。従って光学特性の観点から、第1の誘電体層の厚さd1は、できる限り薄くなるように、または反射を最小にするように設定され、d1は最初（m=1）の最小値に設定される。
記録可能型光記録担体のデータ容量が技術革新により漸増するにつれ、対物レンズの開口数は増大するとともに、レーザー波長は低下して行く。例えば、全データ容量は、650MB（CD、NA=0.45、λ=780nm）から4.7GB（DVD、NA=0.65、λ=670nm）、さらには25GB（BD、NA=0.85、λ=405nm）に増大している。BD方式の場合、第1の誘電体層の厚さは、許容できる光学特性を確保するため、40nmしかない。より短い波長を用いるUV記録方式の場合、I1層はさらに薄くしなければならなくなる。
しかしながら、熱に対する保護の観点上、第1の誘電体層は、記録層を保護するとともに、（ポリカーボネート）基板（CD／DVD）または被覆層（BD）を熱損傷から保護する必要がある。第1の誘電体層を極度に薄くすると、記録／消去時に生じた熱が、基板／被覆層に伝達することを十分に抑制できなくなる。従って基板／被覆層との界面での温度が、基板／被覆層材料の融点を超えると、光記録担体が損傷を受けることになる。この損傷は読み出し信号の劣化につながり、ノイズおよびエラー率が増大する。従って第1の誘電体層は、十分に厚く設定する必要がある。また反射を最小にするという観点からは、d1は、m＞1の最小値に設定する必要がある。このように、隣接する基板（CD／DVDの場合）または隣接する被覆層（BDの場合）の熱からの保護の最適化と光学特性の最適化は、相反する開発課題である。
以上のことに鑑み、本発明では、良好な光学特性を有し、十分な熱的保護が可能となるようにスタック設計された、書き換え可能型光記録担体を提供することを課題とする。
この課題を解決するため本発明の第1の態様では、最初に示したような書き換え可能型光記録担体であって、熱遮蔽層が第1の誘電体層に隣接して設置される、書き換え可能型光記録担体が提供される。
本発明の第1の態様をさらに改良した第2の態様では、当該書き換え可能型光記録担体はさらに、基板を有し、この基板は、前記第1の誘電体層と前記基板の間に設置された前記熱遮蔽層を有する、複数の層からなるスタックを支持する。
本発明の第2の態様をさらに改良した第3の態様では、前記熱遮蔽層の屈折率は、前記基板の屈折率に近い値とされる。
本発明の第1の態様をさらに改良した第4の態様では、当該記録担体はさらに、前記熱遮蔽層に接するように設置された被覆層を有する。
本発明の第4の態様をさらに改良した第5の態様では、前記熱遮蔽層の屈折率は、前記被覆層の屈折率に近い値とされる。
本発明の第2または第3の態様をさらに改良した第6の態様では、前記基板材料は、ポリカーボネートまたはPMMAである。
本発明の第4または第5の態様をさらに改良した第7の態様では、前記被覆層は、ポリカーボネートまたは透明高分子樹脂である。
本発明の第1乃至第7の態様のいずれかをさらに改良した第8の態様では、前記熱遮蔽層は、主要成分としてSiO2またはAl2O3を有する。
本発明の第1乃至第8の態様のいずれかをさらに改良した第9の態様では、前記第1および第2の誘電体層の材料は、ZnS、SiO2、Si3N4、Al2O3またはTa2O5の中のいずれかの化合物、または上記化合物の混合物を含む。
本発明の第1乃至第9の態様のいずれかをさらに改良した第10の態様では、前記相変化記録材料は、Ge、In、SbおよびTeの混合物を含む。
本発明の上記および他の課題、特徴ならびに利点は、添付図面を参照した以下の好適実施例の説明によって明らかとなろう。
図1に示すように、本発明の第1の実施例による書き換え可能型光記録担体100は、記録スタック110を有し、記録スタックは、第1の誘電体I1層114、第2の誘電体I2層116、およびこれらの間に設置された記録PC層112で構成される。誘電体層材料は以下の化合物のいずれか、または以下の化合物の混合物を有する：ZnS、SiO2、Si3N4、Al2O3またはTa2O5。例えば(ZnS)80(SiO2)20である。PC層は、SbならびにTeにIn、Geおよび／またはAgを添加して構成しても良い。矢印118で示す入射光線の方向に対して、記録担体100の上部に位置する基板120は、通常ポリカーボネートまたはPMMAまたは同種のもので構成される。熱遮蔽層122は、基板上部に成膜される（図では上下反転されている）。記録スタック110は、遮蔽層の上（図では下）に、I1-PC-I2の順に積層される。従って良好な断熱体となる遮蔽層は、I1層と隣接してPC層と反対の側に設置され、これにより記録PC層112からI1層を横断して、基板120に向かう熱伝達が抑制される。反射層124はアルミニウム、銀、金またはこれらの混合物で構成され、例えば数％のTiまたは金を含むAlであり、I2層116上に（図では下方向に）成膜され、これによりMIPIスタックが構成される。反射層124は、仕上げ時には反射層の機械的損傷を防止するため、ポリカーボネート製、または例えばSylgard184（登録商標）または同等物のような、透明高分子樹脂／ラッカー製の層126で被覆される。図1の配置は、書き換え可能型DVDおよびCDの標準的なスタック設計に準拠している。
本発明の第2の実施例による書き換え可能型光記録担体200を図2に示す。この記録担体は、通常のBDスタック設計に準拠しており、基板226上（下から上）に反射層224が成膜される。記録スタック210は、I2-PC-I1の順で反射層上に成膜される。遮蔽層222は、記録スタック210のI1層214に接するように設置される。仕上げ時には遮蔽層は、被覆層220で被覆される。矢印218で示されている入射光線は、この場合、被覆層の側からスタックに入射する。
図1および図2の両実施例において、I1層は、多層化構造を有しても良く、その場合、相変化層から最も遠い位置にあるI1多層化層のサブレイヤは、基板／被覆層とは異なる屈折率を有する。
両実施例において遮蔽層の材料は、記録／消去用レーザービームの所与の波長において、基板／被覆層の屈折率と十分に近い屈折率となるように選定される。例えば第2の実施例において、被覆層材料がポリカーボネートまたはSylgard184（登録商標）であって、レーザービーム波長がBD方式の場合のような405nmである場合、被覆層材料の屈折率は1.5である。遮蔽層122に適した材料としては、SiO2があり、この材料は、405nmでの屈折率が1.5であり、さらに比較的低い固有熱伝導度を有する。熱遮蔽は、単に遮蔽層122を適切な厚さに設定するだけで調整でき、スタックの光学特性を劣化されることはない。またAl2O3も、熱遮蔽層122に適した材料の一つである。さらに遮蔽層は、多層化構造であっても良い。I2層の厚さは、光学特性と熱遮蔽層特性の最適化のため、必要に応じて薄くすることができる。
本発明は、上述の好適実施例に限定されないことに留意する必要がある。別の記録層材料、誘電体層材料、熱遮蔽層材料、反射層材料、基板材料および／または被覆層材料を用いても良い。また本発明は、上述のような単一の記録層構造を有する光記録担体に限定されるものではない。本発明の光学特性を備える2または3以上の記録層を有するような、複数の記録層構造が提供されても良い。上述の2または3以上の記録スタックにおいて、全てのまたはいずれかのスタックが遮蔽層を有するようにすることも可能である。
本発明の第1の実施例による書き換え可能型光記録担体の断面図である。 本発明の第2の実施例による書き換え可能型光記録担体の断面図である。 第1の誘電体層の厚さに依存して変化する光学特性の図である。 集束レーザービームの光路の図である。

Claims (6)

  1. 複数の層で構成された記録スタックを有する書き換え可能型光記録担体であって、前記記録スタックは、
    基板上に形成された反射層と、
    前記反射層上に形成された第2の誘電体層と、
    前記第2の誘電体層上に形成された相変化記録材料を有する記録層と、
    前記記録層上に形成された少なくとも2つのサブレイヤを有する第1の誘電体層と、
    前記第1の誘電体層上に形成された熱遮蔽層と、
    前記熱遮蔽層上に形成された被覆層と、
    を有し、
    前記熱遮蔽層の屈折率は、前記被覆層の屈折率に近く、
    前記記録層から最も遠い前記第1の誘電体層のサブレイヤは、前記被覆層の屈折率とは異なる屈折率を有することを特徴とする書き換え可能型光記録担体。
  2. 前記基板の材料は、ポリカーボネートまたはPMMAであることを特徴とする請求項1に記載の書き換え可能型光記録担体。
  3. 前記被覆層の材料は、ポリカーボネートまたは透明高分子樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の書き換え可能型光記録担体。
  4. 前記熱遮蔽層の材料は、主成分としてSiO2またはAl2O3を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の書き換え可能型光記録担体。
  5. 前記第１および第２の誘電体層の材料は、ZnS、SiO2、Si3N4、Al2O3またはTa2O5の中のいずれかの化合物、または上記化合物の混合物を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の書き換え可能型光記録担体。
  6. 前記相変化記録材料は、Ge、In、SbおよびTeの混合物を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の書き換え可能型光記録担体。
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