KR920001263B1 - 정보의 기록 · 소거방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

정보의 기록·소거방법

제1도는 본 발명의 정보 기록매체의 부분단면사시도.

제2도 및 제3도는 본 발명의 정보기록 매체의 단면 구성도.

제4도는 본 발명의 기록층에 관한 2원 합금계의 평형 상태도.

제5도 내지 제10도는 본 발명의 실시예를 나타낸 정보 기록매체의 단면 구성도.

제11도 내지 제14도는 분광 반사율 특성을 나타낸 선도.

제15도는 본 발명의 광 정보 기록매체의 한 실시예를 나타낸 단면도.

제16도는 기록층의 막두께에 대한 기록막의 기록감도의 변화를 나타낸 특성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기록층 2 : 간섭층

3,13,14,15 : 열흡수층 4 : 투명층

5 : 열절연층 6 : 보호층

7 : 지지층 8,12 : 합금막

9,11 : 간섭층 10 : 유리기판

17 : 기판 18 : 레이저광

19 : 트랙킹용 홈 20 : 렌즈

본 발명은 신규한 정보 기록재생장치용 기록매체에 관한 것으로서, 특히 빛·열 에너지가 가해짐으로써 합금의 결정 구조가 변화하고, 그에따라 분광 반사율이 변화하는 것을 이용한 정보 기록재생장치의 정보의 기록 소거방법에 관한 것이다.

최근 정보기록의 고밀도화, 디지틀화가 진행됨에 따라 여러 가지의 정보기록재생 방식의 개발이 추진되어 있다. 특히 레이저의 광 에너지를 정보의 기록, 소거, 재생에 이용한 광디스크는 자기디스크에 비하여 높은 기록밀도가 가능하며 금후의 정보기록의 유력한 방식인 것이다.

그중에서 레이저에 의한 재생장치로는 콤팩트 디스크(CD)가 실용화되고 있다. 한편 기록가능한 방식에는 크게 나누어 추기형(追記型)과소거기록 가능형의 두가지가 있다. 전자는 1회의 기록만이 가능하고, 소거는 할 수가 없다. 후자는 반복적인 기록, 소거가 가능한 방식이다. 추기형의 기록방식은 레이저 광에 의하여 기록부분의 매체를 파괴 또는 성형시켜 요철(凹凸)을 만들고 재생시에는 이 요철부분에서의 레이저 광의 간섭에 의한 광 반사량의 변화를 이용한다. 이 추기형 방식의 기록매체에는 일반적으로 텔루륨(Te)이나 그 합금이 사용되고 있으며, 레이저 광의 입사에 의한 합금의 용해, 승화를 이용하여 요철을 성형하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이 종류의 매체에서는 독성 등 약간의 문제를 포함하고 있다. 소거기록 가능형의 기록매체로서는 광자기 재료가 주류를 이루고 있다.

소거기록 가능형의 기록방식은 광 에너지를 이용하여 큐리 온도 부근에서 기록매체의 자기이방성을 이용하여 기록하고, 그 부분에서의 편광 입사광의 자기 패러데이 효과 및 자기케르 효과에 의한 편광각의 차에 의하여 재생하는 것이 알려져 있다. 이 방법은 소거기록 가능형의 가장 유망한 것으로 인정되 수년후의 실용화를 목표로 하여 계속적인 연구 개발이 추진되고 있다. 그러나 현재로서는 편광각의 차가 큰 재료가 없어 다층막화 등의 여러 가지 연구를 하고 있으나, S/N,C/N 등의 출력레벨이 작다고 하는 큰 문제가 있다.

기타의 소거기록 가능형의 방식으로서 기록매체의 가역적 상변화를 이용하는 것이 알려져 있다. 그 하나는 비정질과 결정질의 가역적 상변화에 의한 반사율 변화를 이용하여 기록하는 것이 있다.

이와 같은 재료의 예로서는 산화 텔루륨에 소량의 게르마늄 및 주석을 첨가한 합금이 알려져 있다.

그러나 이 방식은 비정질상의 결정화 온도가 낮고, 상온에서의 상의 불안정이 디스크의 신뢰성을 악화시키고 있다.

한편, 가역적 상변화를 이용하는 다른 예로서, 결정질 상호간의 상변화에 의한 색조의 변호를 이용하여 기록하는 것이 알려져 있다. 이와 같은 재료의 예로서는 예를들어 소 57-140845에 기재된 합금이 있다. 이 합금음(12~15)중량% Al-(1~5)중량% Ni-나머지는 Cu로 이루어진 합금으로 마르텐 사이트(marten-site)변태 온도를 경계로 하여, 적색으로부터 황금색으로 가역적으로 변화한다. 마르덴사이트 변태는 온도저하에 따라 필연적으로 생기는 변태이기 때문에, 마르텐사이트 변태온도 이상으로 유지한 상태에서 얻어지는 색조는 마르텐사이트 변태온도 이하로 가져올 수는 없다. 또 반대로 마르텐사이트 변태온도 이하에서 얻어지는 색조를 마르텐사이트 변태온도 이하로 가져올 수는 없다. 또 반대로 마르텐사이트 변태온도 이하에서 얻어지는 색조를 마르텐사이트 변태온도 이상으로 하면 변태를 일으켜 다른 색조로 변화한다. 이와같은 색조변화를 기록매체에 국부적으로 발생시킴으로써 기록이 가능해진다.

본 발명의 목적은 에너지 입사효율이 높은 기록층을 구비한 정보 기록매체의 정보의 기록·소거방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 합금으로 된 기록층과 이 기록층의 표면반사율을 저감하는 층을 갖는 광기록매체에 광에너지를 조사하여 이 기록층을 가열함으로써 정보를 기록하거나 소거하는 정보의 기록·소거방법에 있어서, 상기 광에너지를 상기 기록층의 표면반사율을 저감하는 층을 통해 상기 기록층에 입사하고, 상기 기록층을 제1결정과 이 제1결정과 다른 제2결정 사이에서 가역적으로 상변화시켜, 분광반사율을 변화시킴으로써 정보를 기록하거나 소거하는 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법에 있다.

본 발명의 기록·소거방법은 추기형 및 소거 기록가능형의 양쪽의 광디스크에 적용 가능하다. 무엇인가의 수단에 의하여 정보기록 매체로부터의 반사 에너지를 작게할 수 있다면 기록층에 입력되는 열량이 증가하고, 기록층의 온도가 급속히 상승하여 고속기록이 가능해짐과 동시에, 보다 작은 입사에너지로 기록 또는 소거가 가능해지므로 정보기록 재생매체의 기록 감도 또는 소거감도가 높아진다.

[흡수층]

제2b도에 나타낸 바와 같이, 기록층(1)의 입사 에너지측에 입사 에너지를 흡수하는 물질로 이루어진 흡수층(3)을 설치하면, 입사 에너지의 대부분이 흡수층(3)에서 흡수되어 열에너지로 변화하므로 흡수층(3)의 온도가 급격히 상승한다. 따라서 흡수층(3)으로부터 기록층(1)에 많은 열에너지가 열전도에 의하여 전달되므로, 기록층(1)의 온도는 흡수층(3)이 없는 경우에 비하여 급속히 고온도까지 상승한다. 이 흡수층(3)의 두께로서는 정보 기록재생 매체의 표면반사율(반사에너지/입사에너지의 비)이 5%~80%가 되는 두께가 바람직하다. 왜냐하면 반사율이 5% 미만이 되면, 반사광의 강도가 작아지기 때문에, 기록부분과 미기록부분의 반사광 강도를 비교하여 기록신호를 독출하는 기록신호 재생시의 신호대 잡음비(S/N비)가 열하하게 되어 불리하다. 또 반사율이 80%를 초과하면 입사 에너지의 대부분이 흡수층(3)에서 열에너지로 변하지 않고 반사되어 버리기 때문에, 흡수층(3)의 온도가 올라가지 않게 된다. 그 결과 기록층(1)에 대한 열에너지의 전달이 거의 없어지므로 정보기록 재생매체의 기록감도 또는 소거감도의 증가는 기대할 수가 없게 된다. 흡수층의 재료로서는 산화티탄, 산화크롬, 산화동, 4·3산화철, 카본블랙, 염료 등을 사용할 수가 있다.

[간섭층]

흡수층 대신에 간섭층을 설치하여 표면 반사율을 저감시킴으로써 기록층의 온도를 높일 수가 있다.

간섭층으로서는 산화탄탈, 알루미나 등을 사용하고 또 50% 이상의 에너지 투과성의 막으로 하는 것이 바람직하다. 그 두께는 50~500nm가 바람직하고 무색이 좋다. 예를들어 제2a도와 같이 기록층(1)의 에너지 입사측에 적합한 두께의 무색 투명한 간섭층(2)을 설치하면, 입사 에너지의 몇할 정도는 이 간섭층(2)의 표면에서 반사된다. 나머지의 입사 에너지는 간섭층(2)의 내부까지 들어가서 기록층(1)까지 도달한다. 이 도달한 입사 에너지의 몇할은 기록층(1)의 표면에서 반사되어, 간섭층(2)을 역으로 통과하여 간섭층(2)의 표면에 도달한다. 이때 입사 에너지가 전자파와 같이 파동성을 갖고 있으면, 상기 간섭층(2)의 표면에서의 반사에너지의 파와 기록층(1)의 표면에서 반사되어 온 에너지의 파가 간섭을 일으킨다.

상기 두개의 에너지의 파의 위상이 에너지의 파의 파장의 1/2 만큼 편의되어 있으면, 에너지 파의 산과 골부분이 서로 상쇄되어 에너지파의 진폭이 감소된다. 이것은 실질적으로 정보기록 재생매체의 표면으로부터 반사되어 되돌아오는 에너지가 감소하는 것을 의미한다. 즉 간섭층(2)의 두께를 적절한 값으로 하면 에너지 반사율을 낮출수가 있다. 이 경우 간섭층(2)부분에서의 빛의 흡수는 극히 적으므로 입사 에너지로부터 반사에너지를 뺀 나머지의 에너지는 모두 기록층(1)에서 흡수되어 기록층(1)의 온도는 간섭층(2)이 없는 경우에 비하여 보다 급속하게 고온도까지 상승한다.

상기한 최적의 간섭층의 두께는 간섭의 이론에 의하여 유도되는 다음식에 의하여 정할 수가 있다.

(m=,1,2,3, ……)

여기서, d : 간섭층의 두께

n₁: 간섭층의 굴절률

λ : 에너지 파의 파장

또, 간섭막의 굴절률의 최적치(n´₁)는 간섭의 이론으로부터 마찬가지로 유도되어 다음 식으로 표시된다.

여기서, n₂: 기록층(1)의 굴절률 이상은 입사 에너지 흡수층 또는 간섭층으로서 단독의 기능을 가진 것에 대하여 설명했으나, 하나의 층에 간섭층으로서의 기능과, 흡수층으로서의 기능을 동시에 부여하는 것도 가능하다.

이와 같은 흡수층과 간섭층의 양쪽의 기능을 동시에 갖도록 하는데는 산화티탄, 산화크롬, 산화동, 4·3 산화철 등을 박막으로 하고, 막을 형성할 때에 산소 도우핑량을 제어하여 반투과성으로 하는 것이 바람직하다. 특히 약간 거무스름해진 색으로 되는 것이 바람직하고, 빛에 대하여 10~30%의 에너지 흡수성을 가지며, 40~60%의 투과성을 갖는 것이 바람직하다. 두께는 50nm 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30~50nm이다.

이와 같은 간섭층과 흡수층의 기능을 함께 갖는 층(2´)을 제2c도와 같이 기록층(1)의 에너지 입사측에 형성하면, 기록층(1)으로의 열 에너지의 입력이 증대하므로 정보기록 재생매체의 기록 감도를 향상시킬 수가 있다.

이상 설명한 흡수층, 간섭층 및 양쪽기능을 함께 갖는 층은 모두 1층 구조였으나, 제2d도와 같이 흡수층(3)과 간섭층(2)의 2층 구조로 하는 것도 가능하다.

[열절연층]

또한 지금까지는 기록층(1)의 에너지 입사측에 흡수층 혹은 간섭층 또는 양쪽의 기능을 함께 갖는 층을 형성하고, 기록층(1)에 입력되는 열에너지를 증가시킴으로써, 기록층(1)의 온도를 급속하게 고온도까지 상승시킬 수 있다는 것을 설명해 왔으나, 기록층의 온도를 더욱 증가시킬 수 있는 수단이 있다. 그것은 제3a도와 같이 기록층(1)을 둘러싸도록 열절연층(5)을 형성시키는 것이다.

일반적으로 기록층은 얇기 때문에 그 자체로서는 기계적 강도가 낮으므로 제3b도와 같이 금속판, 유리판, 플라스틱판 등의 지지층(7)의 위에 형성하는 일이 많다. 이와 같은 구조의 경우, 기록층으로부터 지지층으로 열에너지가 흘러, 지지층(7)이 기록층(1)의 냉각체로서 작용한다. 그러므로 기록층(1)의 온도가 상승하기 어렵게 된다. 이 열에너지의 유실을 방지하기 위해서는 기록층과 지지층의 사이에 열절연층(5)을 설치하는 것이 효과적이다.

또 열에너지는 기록층으로부터 에너지 입사측으로도 흐르므로 이 방향의 열 에너지의 유실을 방지하면 더욱 효과가 있다. 기록층의 상면에 간섭층이 있는 경우에는 간섭층과 기록층을 둘러싸도록 열절연층을 설치한다. 열 흡수층이 기록층의 상면(에너지 입사측)에 있는 경우에는 열흡수층으로부터의 열에너지의 유실을 방지하기 위하여 제3a도와 같이 열흡수층(3)의 에너지 입사측에 열절연층(5)을 설치하는 것이 효과가 있다.

열절연층은 열을 차폐하기 위한 것으로 SiO₂, 유리, 알루미나 등의 산화물이 바람직하다. 그런데 상기의 기록층을 지지하는 지지층은 에너지 입사측에 대하여 반대측에 있다고 생각했으나, 반대로 에너지 입사측에 지지층(기판)을 설치하는 것도 가능하디. 이와 같은 구조의 경우에는 지지층으로서 입사에너지를 투과하는 무색 투명한 막, 예를들어 유리판이나 플라스틱 판을 사용한다. 제2e,f도에 나타낸 바와 같이, 기록층과 에너지 입사면과의 사이에 투명층을 설치함으로써 또다른 효과도 얻을 수 있다. 즉 정보기록매체가 외부에 노출되기 때문에, 공기중의 먼지가 부착한다든지 사람의 지문이 뭍는 일이 많다. 이와 같은 상태에서 기록한 데이터를 재생하면 잡음이 많아져서 S/N비가 저하하게 된다.

그러나 제2e도와 같이 0.5~2mm 정도의 투명층(4)이 기록층의 상면에 있으면, 먼지나 지문은(기록층(1)으로부터의 떨어짐) 투명층(4)의 표면에 부착한다. 정보기록 재생매체상의 기록 데이터를 재생하는 장치는 현미경과 같은 광학계를 가지며, 기록층의 미소 영역을 관찰하고, 기록층(1)의 장소에 따른 반사율의 변호를 관찰하여 기록데이터를 재생한다. 이때 광학계의 촛점을 기록층(1)에 맺게하면 투명층(4)의 표면의 먼지나 지문은 촛점심도의 범위 밖이되기 때문에 흐려진 상이 되어 재생신호에 악영향을 주지 않고 S/N비의 저하도 없다.

상기한 바와 같이 지지층이 기록층의 에너지 입사측에 있는 경우에는 기록층의 하면(에너지 입사면과 반대측)에 열절연층을 설치하여 공기중으로의 열유실을 방지한다. 또 간섭층 또는 흡수층으로서 열절연성이 높은 물질을 사용하면 막 구성을 간략화 할 수 있다.

[기판]

기판에는 유리, 세라믹스, 폴리메틸메타 아크릴레이트, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등의 플라스틱 등이 사용될 수 있다. 이들 기판은 무색 투명인 것이 바람직하다.

[보호층]

외부 기기와의 접촉에 의하여 기록층에 홈이 생기는 것을 방지하고 또는 기록층상에 먼지가 부착하는 것을 방지하기 위하여, 제3c도에 나타낸 바와 같이 기록층(1) 표면에 보호층(6)을 형성하는 것이 바람직하다.

보호층의 재료로서는 열절연층의 재료와 동일한 SiO₂, 유리, 알루미나 등의 산화물을 사용할 수 있다. 그 두께는 수십 nm~2mm가 바람직하다.

본 발명의 정보기록·소거방법은 간섭층 및 흡수층이 설치된 쪽에 에너지를 입사시켜 정보를 기록, 재생 또는 소거할 수가 있고, 또한 재생을 간섭층 및 흡수층을 설치한 쪽, 또는 그와는 반대쪽으로부터 행할 수가 있다. 간섭층 또는 흡수층에 대하여 반대측으로부터 재생함에 있어서는 기판을 상기 무색 투명한 것으로 하면 되고, 이 재생에 있어서 빛을 사용하는 경우에는 보호막에도 광투과성이 높은 것을 선택해야 된다.

[기록층]

본 발명에 따른 기록층은 고체 상태에서 실온보다 높은 제1온도(고온) 및 제1온도보다 낮은온도(저온) 상태에서 상이한 결정구조를 가지며, 상기 고온으로부터 급냉에 의하여 실온에서 평형상(平衡相)의 결정구조와는 다른 결정구조를 갖는 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 합금은 고온 고상상태로부터의 급냉에 의하여 동일온도에서 적어도 2종의 분광반사율을 가지고 가역적으로 분광 반사율을 바꿀수가 있다. 좀더 구체적으로 말하면, 이러한 합금은 고상상태의 적어도 두개의 온도영역에서 결정 구조가 다른 상을 가지며, 그들중 고온상을 급냉한 상태와 비급냉 표준상태의 저온상 상태에서 분광 반사율이 다르고, 고온상 온도영역에서의 가열 급냉과 저온상 온도 영역에서의 가열냉각에 의하여 분광 반사율이 가역적 상변화를 일으키는 합금은 여기에 포함되지 않는다.

본 발명의 가역적 반사율의 변화에 대하여 그 원리를 제4도를 이용하여 설명한다. 제4도는 X-Y 2원계 합금의 상태이고, α고용체와 β,γ금속간 화합물이 존재한다. A조성의 합금을 예로들면, 이 합금은 고상상태에 있어서 β단상, (β+γ)상 및 (α+γ)상 및 (α+γ)상을 갖는다. 결정구조는 α,β,γ의 각각 단상상태에서 다르고, 이들 단독 민 혼합상에 있어서 각각 광학적 성질, 예를들어 분광반사율은 다르다.

이와같은 합금은 T₁온도, 일반적으로 실온이며 이 온도에서 (α+γ)상을 가지며 안정된다.

이것을 T₄온도까지 가열하고 급냉하면 β상이 T₁온도에서 얻어진다. 이 상태는(α+γ)상과는 다르기 때문에 분광 반사율도 달라진다.

이 급냉 β상 합금을 Te온도 이하의 T₂온도까지 가열하여 냉각하면 β상은 (α+γ)상으로 변태하여 분광반사율은 최초의 상태로 되돌아간다. 이와 같은 두가지의 가열냉각 처리를 반복함으로써 분광 반사율을 가역적으로 변화시킬 수가 있다.

본 발명에 따른 기록층의 합금예는 다음과 같다. 은을 주성분으로 하고 아연 30~46중량%, 알루미늄 6~10중량%에서 1종을 포함하는 합금, 동을 주성분으로 하고 알루미늄 10~20중량%, 인듐 20~40중량%, 주석 16~35중량%에서 1종을 포함하는 합금, 금을 주성분으로 하고 알루미늄 2.5~l.5중량%를 포함하는 합금, 또는 이들 합금에 소량의 VIII, Ib, IIb, IIIb, IVb, Vb, VIa, VIIa족 원소중 1종 이상을 포함할 수 있다. 그 함유량은 10중량% 이하가 바람직하다. 기록밀도로서 20메가 비트/㎠ 이상이 되는 미소면적에서의 정보의 제작에는 기록층을 0.01~0.2㎛의 막두께로 하는 것이 좋다. 기록층으로서는 기상(氣相) 또는 액상(液相)으로부터 직접 급냉고화(固化)시켜 소정의 형상으로 한 것이 유효하다. 이와 같이 하는 방법으로서는 PVD법(증착, 스퍼터링법 등), CVD법, 용탕을 고속 회전하는 원주면상에 주탕(注湯)하여 급냉 응고시키는 용탑 급냉법, 전기도금, 화학도금법 등이 있다. 분말상의 재료를 이용하는 경우, 기판상에 도포하여 기판상에 접착시키는 것이 효과적이다. 도포하는 경우, 분말을 가열하더라도 반응 등을 일으키지 않는 결합재를 사용하는 것이 좋다. 또 가열에 의한 기록층 재료의 산화등을 방지하기 위하여 도포층 표면을 내산화성 코우팅하는 것도 유효하다.

분말은 용탕을 기체 또는 액체의 냉매와 함께 분문시켜 수중에 투입시켜서 급냉하는 가이 분무법에 의하여 형성시키는 것이 바람직하다. 그 입경은 0.1mm 이하가 바람직하고 특히 입경 1㎛ 이하의 초미분말이 좋다.

막은 상기한 바와 같이 증착, 스퍼터링, CVD전기도금, 화학도금 등에 의하여 형성할 수 있다. 특히 0.1㎛ 이하의 막두께를 형성하는데는 스프터링이 바람직하다. 스퍼터링은 목표의 합금조성의 제어를 용이하게 할 수 있다. 기판과 기록층의 사이에 기록층의 박막 형성시에 발생하는 왜곡이 완화층을 설치하는 것은 극히 유효하다. 이에 의하여 기록체층을 무변형 상태로 할 수가 있다. 무변형 상태로 함으로써 기록층의 상변태거동을 정상으로 하고, 보다 얇은 막에서도 기록, 소거가 가능해지므로 기록소거 특성을 향상시킬 수가 있다. 또한 실온 시효에 의한 상의 불안정성도 해소할 수가 있다.

기록층 박막의 제작은 통상적으로 스퍼터링법에 의하여 행하나, 기판에 기록층 재료를 스퍼터링 종료후 실온으로 냉각하는 과정에 있어서 기록층이 기판과의 열팽창 계수의 차에 의한 열응력을 받는다. 이 열응력에 의하여 기록층이 변형되어 왜곡이 생긴다. 따라서 이 열응력에 의한 기록층중의 왜곡을 제거하기 위해서는 열팽창 계수가 기록층과 거의 같거나, 혹은 탄성 정수가 기록층 및 기판에 비하여 작은 층을 기판과 기록층과의 사이에 끼워 넣으면 유효하다. 기록층이 합금인 경우, 적당한 왜곡 완화 재료로서는 동일한 물성치를 갖는 금속을 들 수가 있다. 그러나, 금속을 왜곡 완화재료로 사용하면 기록층인 합금층과의 상호 확산에 의한 반응이 생길 수 있다는 것에 주의하지 않으면 안된다. 그러므로 이와같은 반응이 일어날 수 있는 경우에는 왜곡 완화층과 기록층의 사이에 극히 얇은 선화물층을 끼워 넣으므로서 양자의 확산, 반응을 방지하면서 기록층의 왜곡 완화를 행하는 것이 바람직하다.

왜곡 완화층으로서 기록층과 반응하지 않고, 또한 고융점 금속을 사용할 수가 있다. 기록재생층 재료로서 Ag-(37.5~40중량%) Zn합금을 사용하는 경우에, 왜곡 완화층 재료로서 Ag 또는 Ag-(30~35중량%) Zn합금을 사용하는 것이 대단히 바람직하다.

트랙 안내홈, 트랙번호 등에 대응하는 정보를 미리 홈 가공으로 실시한 기판을 사용할때에는 이 기판측으로부터 순차적으로 기록층과 광흡수체로서의 고분자 결합제로 이루어지는 흡수층, 나아가 광흡수체의 기화, 증발을 방지하기 위한 보호층을 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우 기록층은 레이저 광에 의한 에너지로 결정구조가 변화하기 쉬워야 할 필요가 있다.

추기형 광 디스크의 기록매체로서 본 발명을 적용한 경우에는, 기판과 기록층의 사이에 기록층에 확산하여 고용(固溶)되는 재료로 이루어진 반응층을 기재시키는 것이 바람직하다. 기록층의 재료로서 Ag-Zn합금 또는 Ag-Al합금을 사용할 경우에, 반응층의 재료는 Au 또는 Cu로 이루어지는 것이 바람직하다. 반응층을 설치함으로써 고에너지 투입시에 기록층의 기록부에 반응층 재료를 확산시켜 기록부의 상을 안정화시키는 것이다.

구체적으로 말하면 광 에너지의 투입에 의하여 기록층의 온도가 상승하고, 실온상태의 상이 고온의 다른 상으로 변태한다. 이와 동시에 반응층의 원자가 기록층으로 확산하여 고온이 된 기록층에 고용되어 급냉후의 상을 안정화 한다.

[용도]

본 발명의 정보기록·소거방법은 가열 급냉됨으로써 기록층의 결정 구조가 변화한다. 가열 급냉을 국부적으로 행함으로써 국소적으로 결정구조를 변화시킬 수도 있다. 결정구조의 변화에 의하여 전자파의 분광 반사율, 전기저항률, 굴절률, 평광률, 투과율 등의 물리적 또는 전기적 특성이 변화한다. 이러한 특성의 변화를 이용하여 본 발명의 정보기록 매체를 기록, 표시, 센서등의 소자에 사용할 수가 있다.

정보등의 기록수단으로서 전압 또는 전류 형태의 전기 에너지, 전자파(가시광, 복사열, 적외선, 자외선, 사전용 섬광 램프의 빛, 전기빔, 양자선, 알곤레이저, 반도체 레이저 등의 레이저 광선, 열등)를 사용할 수가 있다.

본 발명의 정보기록·소거방법은 특히 가역적 상변화에 의한 분광반사율의 변화를 이용하여 광 디스크에 이용하는 것이 바람직하다. 광 디스크에는 디지틀 오디오 디스크(DAD 또는 콤팩트 디스크), 비데오디스크, 메모리 디스크 등이 있으며, 이것들에 사용이 가능하다. 본 발명의 정보기록·소거방법은 재생 전용형, 추가기록형, 소기록형, 디스크장치에 각각 사용할 수가 있고, 특히 소거기록형 디스크 장치에서 극히 유효하다.

본 발명을 광디스크의 기록매체에 사용한 경우의 기록 및 재생의 원리의 예는 다음과 같다. 먼저 기록매체를 국부적으로 가열하고, 이 가열후의 급냉에 의하여 고온 영역에서의 결정구조를 저온도 영역에서 유지시켜 소정의 정보를 기록한다. 또는 고온상을 베이스로 하여 국부적으로 가열하여 고온상중에 국부적으로 저온상에 의하여 기록해도 된다. 기록부분에 빛을 조사하여 가열부분과 비가열 부분의 광학적 특성의 차를 검출하여 정보를 재생할 수가 있다. 또한 정보로서 기록된 부분을 기록시의 가열 온도보다 낮은 온도 또는 높은 온도로 가열하여 기록된 정보를 소거할 수가 있다. 빛은 레이저 광선이 좋고, 특히 단파장 레이저가 바람직하다. 기록 및 재생에는 동일한 레이저 원을 사용할 수가 있고, 소거에는 기록에 사용한 레이저 광보다도 에너지 밀도를 작게한 다른 레이저광을 조사하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 정보기록·소거방법을 사용한 디스크는 정보가 기록되어 있는지의 여부가 눈으로 판별할 수 있다는 큰 이점이 있다. 기록소거를 연속 빔 또는 펄스빔으로 행할 수가 있다. 소거빔은 기록정보의 폭보다 큰폭으로 할 수가 있다.

본 발명의 정보기록·소거방법 가시광에서의 분광반사율을 부분적으로 변화시킬 수가 있으므로 도료를 사용하지 않고 문자, 도형, 기호 등을 기록할 수가 있고, 그러한 표시는 눈으로 식별할 수가 있다. 또 그러한 정보는 소거할 수가 있어, 기록과 소거의 반복 사용외에 영구 보존도 가능하다. 본 발명의 정보기록매체는 재생장치에도 사용할 수가 있다.

[실시예 1]

Ag-40중량% Zn합금을 N₂가스 조건에서 카본 보우트(carbon boat)중에서 용해하여 약 100mm

×10mmt의 스퍼터 증착용의 타게트(target)을 제작하였다. 이 타게트를 사용하여 제5a도와 같은 막이 구성된 기록매체를 제작했다. 25mm

×1.2mmt인 유리기판(10)의 위에 스퍼터출력 140~200W, 기판 가열온도 200℃의 조건에서 Ag-40중량% Zn합금막(8)을 약 100nm스퍼터 증착했다. 용기내를 10Torr 정도까지 진공 배기후, Ar가스를 5~30mTorr도입했다. 스퍼터에는 DC마그네트론형 스퍼터법을 사용했다. 그리고 이 합금막 위에 레이저 광의 간섭층(9)으로서 두께 약 500nm로 Ta₂O₅를 스퍼터 증착했다. 이 Ta₂O₅스퍼터 증착에는 약 5%의 O₂를 도입하고, RF형 스퍼터법을 사용했다.

이상과 같이 제작한 25mm

의 기록매체의 표면은 은백색을 나타냈다. 이 기록매체를 전기로중에서 약 350℃로 가열하고,이것을 급냉(수냉)한 바 합금막은 은백색으로부터 핑크색으로 변화하는 것을 알았다. 이것은 Ag-40중량% Zn합금의 β상이 급냉에 의하여 β´상으로 상변화 하고 있기 때문이다. 다시 이 급냉된 기록매체를 전기로중에서 약 200℃로 가열하고 그것을 서서히 냉각(공냉)시켰더니 핑크색으로부터 원래의 은백색으로 변화했다.

이 상변화에 의한 색조변화는 레이저 광에 의한 때에도 마찬가지이다. 예를들어 Ar레이저의 출력을 10~50mW, 빔 직경을 1~5u의 조건으로 기록매체상에 조사한 기록상태의 경우, 기록부는 은백색으로부터 핑크색으로 변화한다. 다시 이 기록부를 50~100mW의 출력으로 초점이탈(defocus)하고, 출력밀도가 낮은 빔을 조사했을 때는 핑크색으로부터 원래의 은백색으로 되돌아가서 소거된다.

이와 같이 기록매체의 기록, 소거의 특성 평가방법으로서는 레이저 광을 사용하는 것외에 간이적 방법으로서 상기 열처리에 의한 방법도 유효하다.

제11a,b도는 상기한 바와 같은 열처리 방법에 의하여 제작한 기록매체의 분광반사 특성을 나타낸다. 제11b도가 제5a도의 간섭막(9)(Ta₂O₅, 500nm두께)을 부가한 막 구성에 있어서의 분광반사 특성이고, 현저한 간섭이 생기고 있음을 알 수 있다. 제11a도는 유기판(10) 위에 Ag-40중량% Zn합금막(8)만을 스퍼터 증착한 것으로서, 기록부와 미기록부 모두 반사율이 높다. 이것에 대하여 제11b도는 간섭의 골을 이용하고 있으나, Ar레이저(λAr=488nm) 및 반도체 레이저(λL=830nm)의 각 파장부에서 현저하게 반사율이 떨어지고 있는 것을 알 수 있다. 즉 제11a도의 간섭층이 없는 경우에 비하여 레이저광의 투입에너지가 기록매체중으로 효율이 좋게 흡수되어 작은 출력으로 기록, 소거가 달성되는 것을 의미한다.

또한 여기서는 간섭층(9)을 고굴절율의 Ta₂O로 하여 500nm로 하고 있다. 마찬가지로 이와 같은 빛의 간섭을 사용한 다른 예를 제5b~d도에 나타낸다. 간섭층(9)으로서는 굴절률이 크고, 투과성이 큰 것이 바람직하다. 제5b도는 Al₂O₃(11)를 간섭층으로 했을 경우이고, 막두께를 간석 조건에 맞추면 동일하게 반사율이 내려간다. 제5c도 및 제5d도는 기록 합금막을 Cu-14중량% Al-4중량% Ni(12)로 치환한 경우이다.

제12a도는 간섭막(9)이 없는 경우, 제12b도는 간섭막(Ta₃O₅, 500nm두께)을 부가한 막 구성의 분광 반사특성을 나타낸다. 이 경우도 제10도의 Ag-40중량% Zn합금막(8)과 동일하게 Ar레이저 및 반도체 레이저의 각 파장의 골에서 반사율이 현저히 떨어지고 있는 것을 알 수 있다. 반도체 레이저에 의한 1㎛ 이하의 폭으로 디지틀, 아날로그의 기록재생을 할 수 있음을 확인했다.

[실시예 2]

실시예 2과 동일하게 제6a도의 유리기판(10) 위에 스퍼터 증착에 의해 Ag-40중량% Zn합금막(8)(막두께 100nm)을 설치하고, 다시 그 위에 CrOx(크롬 산화물)(13)을 진공증착법에 의하여 5~10mm설치했다. 이 CrOx는 반사율이 높은 금속 정보기록층상에 열 흡수층으로서 부가한 것이다.

상술한 결정대 결정의 상변화 합금에 있어서는 그것 자신이 높은 반사율을 갖기 때문에 레이저 관의 입열(入熱)효율이 나쁘다. 이것을 극복하기 위하여 기록층상에 CrOx(13)을 설치하고 있는 것이다. 제13도는 열흡수층이 있는 경우와 없는 경우의 분광 반사 특성을 비교한 것이다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 약 300~1000nm파장 영역에 있어서 열흡수층이 부가된 막 구성의 것이 반사율이 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한 제6b도는 기록층을 Cu-14중량% Al-4중량% Ni합금(12)으로 하고, 마찬가지로 CrOx를 부가한 것이다. 이 경우도 역시 반사율을 낮추는 효과가 있다는 것을 알았다. 또 제6c,d도는 열흡수층을 Cu₂O(14) 또는 Fe₃O₄(15)로 바꿔놓은 경우이나 마찬가지로 반사율을 낮추는 효과를 볼 수 있다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일하게 제7도는 유리기판(10) 위에 스퍼터 증착에 의하여 Ag-40중량% Zn합금막(8)을 약 100nm 설치하고, 다시 그 위에 CrOx(13)을 10~20nm 진공증착법에 의해 설치했다. 이 CrOx는 제13도에 나타낸 열흡수층의 성질을 갖게 하는 외에, 다시 두께를 증가시켜 동시에 간섭에 의한 반사율의 저하도 위한 것이다. 이 CrOx는 투과성을 가짐과 동시에 굴절률이 크기 때문에 약간의 막두께로 큰 간섭효과가 얻어진다.

제14도는 열흡수 및 간섭에 대한 효과를 상기 막 구성의 경우와, 기록층(8)만의 경우와의 분광 반사특성을 나타낸다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 500~1000nm의 파장 영역에 있어서 간섭효과에 의하여 반사율이 현저하게 떨어짐과 동시에 흡수효과도 볼 수 있어 전체의 반사율이 떨어지고 있음을 알 수 있고, 이 점에서 Ta₂O₅와 마찬가지로 CrOx도 반사율을 저하시켜 레이저 광의 입열 효율을 증대시키는데에 적합한 것으로서, 제7도와 같은 막 구성은 대단히 실용적인 것이라 말할 수가 있다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일하게, 제8도는 유리기판(10) 위에 스퍼터 증착에 의하여 Ag-40중량% Zn합금막(8)을 약 100nm로 설치하고, 다시 그 위에 CrOx(13)를 약 5nm 진공 증착법에 의하여 설치하고, 또다시 고속 스퍼터 증착을 이용하여 그 위에 50㎛의 SiO₂(20)를 설치했다. 이 경우 CrOx는 실시예 2의 열흡수층에 상당하는 것이나, 약간 두꺼운 막으로 된 SiO₂(20)는 투명보호층이고, 기록매체의 보호 효과 외에도 어느정도의 크기를 갖는 레이저 광이 기록막상에 급속하게 접속되기 때문에 재생시에 있어서 어던 크기(칫수)이하의 티끌, 먼지등에 의한 SN저하를 방지하는 효과를 갖는다.

이 투명 보호층의 다른 구성으로서는 제8b도에 나타낸 바와 같이 기록막(8) 및 간섭층(9) 위에 다시 유리기판(10)을 접착하는 방법이 있다. 즉 유리기판(10)(두께 1.2mm) 자체가 투명 보호층으로서 SN비 저하를 방지하는 효과를 발휘할 수가 있는 것이다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일하게 제9a도의 유기판(10)위에 스퍼터 증착에 의하여 Ag-40중량% Zn합금막(8)을 약 100nm설치하고, 그 위에 열흡수층인 CrOx(13)을 5nm진공 증착하며,다시 그 위에 간섭층인 Ta₂O(9)를 스퍼터 증착으로 약 500nm 설치한 것이다. 이 막 구성에 의하면 간섭 효과를 Ta₂O₅(9)를 스퍼터 증착으로 약 500nm설치한 것이다. 이 막 구성에 의하면 간섭 효과를 Ta₂O₅에 분담시키고 다음에 열 흡수효과를 CrOx에 분담시킴으로써 기록층(8)에 레이저 광의 투입 에너지를 효율좋게 전달할 수 있게 한 것이다. 제9b도는 마찬가지로 열흡수층을 Cu₂O(14)로 하고, 다시 간섭층을 Al₂O₃(11)로 한 것으로서, 역시 서로 열흡수와 간섭효과를 분담하여 레이저 광에 의한 입열 효율을 높이는데 도움을 주는 막구성이다.

[실시예 6]

실시예 1과 동일하게, 제10도는 PmmA(17) 기판상에 스퍼터 증착에 의하여 SiO₂(20)을 약 100nm설치하고, 그 위에 Ag-40중량% Zn(8)을 약 100nm설치하며, 다시 그 위에 열흡수층인 CrOx(13)을 약 5nm설치하고, 그 위에 또 다시 SiO₂(20)을 약 100nm설치한다. 즉 기록층과 열흡수층을 열절연 효과가 높은 SiO₂(20)에 의하여 샌드위치시킨 막구성이다. 이 SiO₂(20)는 열흡수층 및 기록층내에서 발열한 에너지를 분산시키지 않고 상변화에 기여하는 입열분포를 좁게, 그리고 효율을 좋게하고자 한 것이다.

[실시예 7]

제1도는 본 발명의 정보 기록매체의 부분단면 구성도이다. 본 실시예는 상기한 실시예에서 기재한 방법과 동일하게 제조된다. 실리카 유리기판(7)에 대하여 트랙킹용 홈(19)이 에칭 등에 의하여 형성되고, 그 위에 실시예 1과 동일하게 Ag-35중량% Zn합금으로 이루어지는 기록층(1)이 약 100nm의 두께로 설치되며, 그 위에 Ta₂O로 이루어진 간섭층(2)이 약 500nm의 두께로 설치되고, 다시 그 위에 PmmA의 투명층(4)이 설치된다. 본 실시예에 의하면 렌즈에 의하여 접속된 레이저 광(18)에 의한 광 에너지를 간섭층(2)에 의하여 유효하게 기록층(1)에 가할 수가 있으므로 작은 에너지로 정보의 기록, 재생, 소거가 가능해진다.

[실시예 8]

이하 본 발명의 광정보 기록매체에 대하여 실시예의 도면과 함께 설명한다. 제15도는 본 발명의 실시예를 나타낸 것이다. 제15도에 있어서 100은 한쪽면에 트랙 안내홈(100a)을 설치한 기판, 200은 상기 기판(100)상에 설치한 금속 박막으로 이루어진 기록층, 300은 상기 기록층(200)상에 설치한 고분자 결합제를 갖는 광흡수체, 400은 광 흡수체(300)에 있어서의 고분자 결합제의 기화 또는 증발을 방지하는 보호막이다.

이 4층 구조의 디스크는 구체적으로는 길이 100nm의 트랙 안내홈(100a)을 표면에 가공한 아크릴 기판(100)에 금속 박막으로서 Ag₆₅Zn₃₅합금층을 50nm의 두께로 스퍼터 증착에 의하여 형성하고, 다시 광흡수체에 의해 금속착염하며, 결합제로서 니트로셀룰로스(nitro cellulose)를 1:1의 비율로 케톤(Ketone)계 용제에 녹인 용액을 2000rpm의 회전수로 회전도포한 후 건조처리하여 두께 200nm의 광흡수막을 형성하고, 그 다음 스퍼터 증착에 의하여 SiO₂막을 두께 100nm 이상 형성하여 제작했다.

여기서 광 기록매체로서의 금속박막(2)의 Ag₆₅Zn₃₅합금층은 결정구조에 따라 반사율의 변화가 있고, 또 제16도에 나타낸 바와 같이 막 두께에 대한 기록에 필요한 광원 출력(반도체 레이저 λ=800nm)의 변화가 있다.

여기서 광 기록매체로서 Ag₆₅Zn₃₅합금막을 사용한 경우의 기록 원리에 대하여 설명한다. 먼저 Ag₆₅Zn₃₅합금막은 320℃ 이상으로 가열한 후 급냉각시킴으로써 그 결정구조는 β상을 나타내나, 그 β상을 180~319℃의 온도 범위로 재가열함으로서 βξ상을 나타낸다. 이 결정구조가 달라서 반사율이 다르기 때문에 임의의 광 파장에 있어서의 광기록매체로 이용할 수가 있다. 그러나 Ag₆₅Zn₃₅광기록매체는 기판상에 단상만 형성했을 경우는 제16도의 A에 나타낸 바와 같이 광원출력에 의한 가열효과가 나쁘기 때문에 기록 및 소거시간이 늦어진다. 이것은 기록매체 막으로서의 Ag₆₅Zn₃₅합금막이 광흡수효과가 작기 때문이라고 생각된다.

그러므로 광 기록매체 특성을 향상시키기 위해서는 광흡수 효과가 좋은 고분자 박막층으로 이루어진 상기 광흡수체를 형성시킬 필요가 있다.

제16b도는 Ag₆₅Zn₃₅합금막상에 광흡수체를 설치한 경우의 기록 투입시 출력(power)과 합금막 두께와의 관계를 나타낸 것이다. 도면에서 광 흡수체를 설치함으로써 기록효율이 대폭적으로 향상되는 것을 알 수 있다.

그러나 본 발명의 정보기록·소거방법에서는 Ag₆₅Zn₃₅합금막 두께가 200nm 이상이 되면 빛이 투과하지 않기 때문에 광흡수막의 효과가 생기지 않는다. 또 Ag₆₅Zn₃₅합금막의 두께가 10nm 이하의 경우는 결함이 없는 기록매체막의 형성이 곤란해질 뿐만 아니라 반사율이 저하하는 등 정보 기록매체 특성이 저하된다. 그러므로 Ag₆₅Zn₃₅합금막을 정보기록매체로서 사용하는 경우의 막 두께는 10~200nm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 한편 정보기록 매체 특성을 향상시킬 목적으로 형성한 고분자층으로 이루어진 광흡수체(300)는 기록소거시에 있어서의 열확산의 영향을 감안하여 40~300nm의 범위로 형성시키는 것이 바람직하다.

즉 광흡수체(300)에 흡수된 빛은 에너지로 변환되나, 그 경우 광 흡수체(300)의 막 두께가 400nm 이하에서는 흡수광의 에너지 변환효율이 나쁘고, 또 막두께가 300nm 이상이 되면 열확산에 의하여 기록소거에 적합한 에너지 상태를 얻을 수 없게 되기 때문이다. 이 고분자층으로 이루어지는 광흡수체(300)를 보호하기 위하여 설치된 보호막(400)은 고분자층에 빛이 조사되었을 경우에 기화 증발에 의한 고분자층의 손실을 방지하기 위하여 설치된 보호막(400)은 고분자층에 빛이 조사되었을 경우에 기화 증발에 의한 고분자층의 손실을 방지하기 위하여 설치한 것이다. 즉 고분자층인 광 흡수체는 광흡수에 의하여 고에너지가 상태가 되나, 그때 SiO₂및 각종의 내열수지, 세라믹스 등 치밀한 물질에 의해 광흡수체를 피복하여 설치함으로써 광흡수체의 손실이 방지될 수 있음을 알아낸 것이다. 이와 같이 보호막(400)은 고분자 결합제의 기화 증발에 의한 손실을 방지하기 위한 목적으로 설치하는 것이므로 보호막층의 막두께는 기화, 증발을 방지할 수 있는 적합한 두께를 가지면 된다.

보호막층으로 SiO₂를 사용한 예를들어보면 20nm 이상의 막두께를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 제작한 디스크를 사용하여 8mW의 매체 투입 전력(power)으로 기록을 한 결과, S/N비가 양호한 기록층이 형성되었다.

이상 본 발명에 의하면, 특히 결정과 결정사이의 상변화에 의한 분광 반사율차를 이용한 광디스크 기록매체로서 에너지의 이용효율이 높은 막 구성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 합금으로 된 기록층과 이 기록층의 표면반사율은 저감하는 층을 갖는 광기록매체에 광에너지를 조사하여 이 기록층을 가열함으로써 정보를 기록하거나 소거하는 정보의 기록·소거방법에 있어서, 상기 광에너지를 상기 기록층의 표면반사율을 저감하는 층을 통해 상기 기록층에 입사하고, 상기 기록층을 제1결정과 이 제1결정과 다른 제2결정 사이에서 가역적으로 상변화시켜, 분광반사율을 변화시킴으로써 정보를 기록하거나 소거하는 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기록층의 표면반사율을 저감하는 층이 산화탄탈, 산화크롬, 산화티탄, 산화규소, 산화동, 4·3산화철 및 산화알루미늄으로부터 선택된 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기록층의 표면반사율을 저감하는 층이 상기 기록층의 지지체를 겸하는 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 기록층이 기판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 기록층의 표면 반사율을 저감하는 층의 반대측에 열절연층 또는 왜곡완화층을 구비한 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 기록층의 표면반사율을 저감하는 층 위에서 상기 기록층의 반대측에 무색투명층 또는 상기 기록층의 표면반사율을 저감하는 층의 기화 및 증발을 방지하는 보호층을 구비한 것을 특징으로 하는 정보의 기록·소거방법.

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