CN100385538C - 双叠层光学数据存储介质 - Google Patents

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Abstract

描述了一种双叠层光学数据存储介质,用于使用具有约655nm的波长λ的聚焦辐射束进行记录。该辐射束在记录期间穿过该介质的入射面进入。该介质包含至少一个衬底,在其表面上呈现:第一记录叠层L0,包含可记录类型L0记录层,所述第一记录叠层L0在波长λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0;第二记录叠层L1,包含可记录类型L1记录层,所述第二记录叠层L1在波长λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1;以及夹在这些记录叠层之间的透明间隔层。第二记录叠层比第一记录叠层更加靠近该入射面。通过满足公式见右下式,其中Rmin为每个记录叠层的最低要求的有效光学反射值,实现与只读(ROM)型介质的完全兼容性。

Description

双叠层光学数据存储介质
技术领域
本发明涉及双叠层光学数据存储介质,用于使用具有波长λ且在记录期间穿过该介质的入射面进入的聚焦辐射束进行记录。
背景技术
从日本专利申请JP-11066622中知道在开篇段落中所描述的光学记录介质的实施例。
有关光学记录的市场,迄今为止最重要和最成功的格式明显是一次写入式格式,可记录光盘(CD-R)。尽管很久以来就预计其重要性将由可重写光盘(CD-RW)接替,但CD-R介质的实际市场大小仍然至少比CD-RW高出一个数量级。而且,驱动器的最重要参数是用于R-介质的最大写入速度,而不是用于RW介质的最大写入速度。当然,市场向CD-RW的可能转移仍然是可能的,例如由于CD-RW的Mount Rainier标准化。然而,由于其与只读光盘(CD)的100%兼容性,已经证明R格式极具吸引力。
近来,作为数据存储容量远大于CD的介质,数字多功能光盘(DVD)已经获得市场份额。目前,该格式仅用于只读(ROM)和可重写(RW)型式。在可重写DVD(DVD+RW)标准之后,发展了新的可记录(R)即一次写入式DVD+R标准。新的DVD+R标准作为对于DVD+RW的重要支持而得到越来越多的关注。一种可能的情形为,终端用户已经变得熟悉光学一次写入式格式,与可重写格式相比,他们可能更加容易接受一次写入格式。近来,已经提出所谓的蓝光盘(BD)的新格式,其存储容量甚至更大。对于该格式,也将提出R和RW型式。
R和RW格式的问题在于:由于只有单叠层介质而引起的有限容量及记录时间。注意,对于DVD视频光盘,其为ROM盘,双层介质已经具有相当大的市场份额。双层,即两个叠层的DVD+RW盘可能是切实可行的。然而,明显的是,完全兼容的光盘,即在双层DVD-ROM的反射和调制规格内,很难实现和要求对于如DVD+RW介质中用作记录层的非晶/结晶相变材料性能的至少主要的突破。如果没有完全兼容性,则双层DVD+RW在市场上的成功是令人怀疑的。
为了获得与双层(叠层)DVD-ROM标准相兼容的如双叠层DVD+R介质,上层L1和下层L0的有效反射率应该至少为18%。更为通常地,可以说,任何新一代的双叠层介质需要最小的有效光学反射水平Rmin,以满足某个规格,例如对于双叠层BD来讲,Rmin的预期值为0.04,而对于与单叠层BD兼容的双叠层BD来讲,Rmin=0.12。有效的光学反射意味着,反射被测量为:当例如两个叠层L0和L1都存在并分别聚焦在L0和L1上时,从介质返回的有效光的部分。到目前为止,重要的是为了满足这样的规格而必须应用在各叠层上的光反射、吸收和透射值的条件。在JP-11066622中没有提及关于各叠层的光反射、吸收和透射值的要求。应该注意,在该文献中,符号L0和L1的通常使用习惯已经改变,其中通常符号L0表示“最近的”叠层,即最靠近辐射束入射面,但是已经改变为:现在,L0为从辐射束入射面观察的最深的叠层,而L1为更靠近辐射束入射面的叠层。
在欧洲专利申请EP 1143431 A2中,在开头段落中所述类型的光学记录介质被披露为具有AL0=12%和RL0=20%。
发明内容
本发明的目的是提供在开篇段落中提到的那种类型的光学数据存储介质,其具有的L0叠层和L1叠层的有效光学反射水平大于特定值Rmin
根据本发明,利用光学存储介质来实现这个目的。具体地,本发明提供一种双叠层光学数据存储介质,用于使用具有约655nm的波长λ且在记录期间穿过该介质的入射面进入的聚焦辐射束进行记录,包括:至少一个衬底,在其表面上呈现:第一记录叠层L0,包含可记录类型记录层,所述第一记录叠层L0在波长λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0,并且该可记录类型记录层在波长λ处具有复折射率 n ~ L 0 λ = n L 0 λ - i * k L 0 λ 和具有厚度dL0;第二记录叠层L1,包含可记录类型记录层,所述第二记录叠层L1在波长λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1,并且该可记录类型记录层在波长λ处具有复折射率 n ~ L 1 λ = n L 1 λ - i * k L 1 λ 和具有厚度dL1,所述第二记录叠层比第一记录叠层更靠近该入射面;夹在记录叠层之间的透明间隔层,所述透明间隔层具有的厚度基本上大于聚焦辐射束的聚焦深度,其特征在于, A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 ) , 其中Rmin=0.18,并且满足下列公式:
k L 0 λ ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π * d L 0 ) ;
k L 1 λ ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π * d L 1 ) .
对于给定的光学数据存储介质,双叠层盘的两个记录叠层的有效反射应该总是大于特定的最小反射Rmin。这暗示着:L1的有效反射应满足如下标准:
方程(1)RL1eff=RL1≥Rmin
对于L0,有效反射应该为:
方程(2)RL0eff=RL0*TL1 2≥Rmin
因此,我们得到对于L1透射的要求:
方程(3) T L 1 ≥ ( R min / R L 0 ) .
方程(1)和(3)表明,总的双叠层介质的光学特性主要由L1的光学特性来定义。方程(1)和(3)的结合直接定义L1可允许吸收的要求:
方程(4) A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 )
对于L0的最大反射,即当RL0=1时,得到可允许的最大AL1。这种情况下,还可得到来自L0的最高可能的有效反射。因此,我们定义仍然允许的L1中的最大吸收如下:
方程(5) A L 1 max = 1 - R min - ( R min )
选择RL0=1意味着:不可能在L0中写数据,因为没有发生光学辐射的吸收。该极端情况例如可应用于双叠层可记录ROM盘或可记录L1、ROML0盘。
在一个实施例中AL1≤AL0。为了能够经由L0中的光学装置记录信息,L0叠层应在辐射束如激光的波长处具有有限的光学吸收。由于记录激光仅部分光线穿过L1,所以优选地应使得L0更加敏感,即具有的吸收高于L1,以保持所需要的写入功率在可接受的极限内。对于可记录的双层盘,似乎自然要施加如下两个条件:(i)两个层具有相同的有效反射(从驱动器角度看优选相同的信号振幅)和(ii)两个层中具有相同的有效吸收(各层需要相同的写入功率)。这两个边界条件给出L1中的优选吸收,其由下式给出:
方程(6)A1pref=1-3Rmin/4-1/4-1/4·[(1-Rmin)2+8Rmin]1/2
于是,L0中的优选吸收(假设TL0=0)由下式给出:
方程(7)A0pref=1-Rmin/{1/4-Rmin/4+1/4·[(1-Rmin)2+8Rmin]1/2}2
下一个步骤是认识到:L0和L1中的吸收分别主要由L0和L1中的记录层厚度dL和L0和L1中记录层材料的吸收系数k(k为复折射率n的虚部)决定。为了评估记录叠层内的吸收,省略了可能的双层叠层设计的影响,这意味着进行如下简化:(i)忽略了记录层内的干涉效应,(ii)忽略了可能存在的附加层中的可能吸收,(iii)记录层被嵌入在两个具有复折射率为n0和n2的半无限介质之间,见图5。典型地,上周围介质(对L1为衬底,对L0为间隔层)将是透明的,而下面的介质将为透明(对L1为间隔层)或高度反射的(对L0为反射镜)。随后,该层内光功率的吸收与dL和kL成指数关系,并且该吸收被计算为:
方程(8)
A = [ 1 - exp [ - 4 π d L k L λ [ 1 + ( | n L - n 2 n L + n 2 | ) ] ] ] · [ 1 - ( | n 0 - n L n 0 + n L | ) 2 ]
λ为激光的波长。指数中的(1+|(nL-n2)/(nL+N2)|)项为对于由于在记录层的第二界面上反射回来的光线部分引起的有效厚度增加的度量,见图5。倍增因子(1-|(nL-n0)/(nL+n0)|2)说明在第一界面处反射的光线。
典型地,L1叠层将对于有限的反射和透射进行调整。随后,对该叠层吸收的最主要贡献将是光线的单程通过的吸收。L0叠层将为了高度反射而进行调整,并且叠层的吸收将接近对于光线的双程通过的吸收。
优选地,1.5AL1≤AL0≤2.5AL1。从图4可以看出,对于L0和L1中相等的写功率,L0内的吸收典型地约为L1的两倍。对于最感兴趣的范围,即有限的吸收以获得L1中的高T和L0中的高R,双程通过将导致大约两倍的吸收。因此,为了使得两层的吸收在要求的范围内,下式对两层均成立:
方程(9) 0.5 * A L 0 max ≈ A L 1 max = 1 - R min = ( R min ) ≤ 1 - exp ( - 4 π k L d L / λ )
从图6可以看出,该近似对于L1类型叠层是最佳的,当然其中干涉效应起着不太重要的作用。
上述计算中没有考虑到的一个影响为介质中导向槽的存在,通常其存在于毗邻记录层的每个记录叠层中,用于跟踪目的。由于这些凹槽,辐射束被衍射,且仅部分(或者没有)衍射光被反射/透射测量装置所捕获。因此,衍射看上去象一种吸收。该衍射用于产生诸如推挽和跨越轨道(track-cross)的跟踪信号,且优选地这些信号在两个叠层上的振幅相等,以最小化在叠层之间切换时对伺服系统的调整。反过来,这意味着,对于这两个层来讲,在反射/透射测量中损耗了类似的光量。这就意味着,所表示的吸收范围和k/d范围是实际上允许的上限,这是因为导出该范围时假设根本没有衍射损耗。
对于在波长λ处具有复折射率为 n ~ L 1 λ = n L 1 λ - i * k L 1 λ 且具有厚度为dL1的可记录类型L1记录层,满足下式:
k L 1 λ ≤ { λ * ln [ 1 / R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π * d L 1 )
其中kL1λ为L1记录层的吸收系数。
对于在波长λ处具有复折射率为 n ~ L 0 λ = n L 0 λ - i * k L 0 λ 且具有厚度为dL0的可记录类型L0记录层,满足下式:
k L 0 λ ≤ { λ * ln [ 1 / R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π * d L 0 )
其中kL0λ为L0记录层的吸收系数。
注意,上述分析对于小的k值(k<1)更为精确;对于k>1,给出的公式变得不精确,尽管其仍然可以作为粗略评估。还应该注意,记录层厚度dL0和dL1的定义需要一些进一步的解释。例如,由于通过例如旋转涂敷应用该记录层时的调平效应(leveling effect)引起导向槽内的记录层厚度在不同导向槽之间是不同的。因此,记录层的厚度定义为在记录和读出时出现聚焦辐射束斑点处的厚度。
为了获得满足双层(叠层)DVD-ROM盘规格的可记录双叠层光学数据存储介质,要求λ约为655nm,Rmin=0.18,且kL0λ和kL1λ满足方程(9)和方程(10)的要求。
为了获得满足双叠层蓝光盘(BD)的(预期)规格的可记录双叠层光学数据存储介质,要求λ约为405nm,Rmin=0.04,且kL0λ和kL1λ满足方程(9)和方程(10)的要求。
对于与单层反射规格兼容的双叠层蓝光盘,要求λ约为405nm,Rmin=0.12,且kL0λ和kL1λ满足方程(9)和方程(10)的要求。对于前三个段落中描述的介质,优选0.7*dL0<dL1<1.3*dL0
应该注意,本发明不限于单侧双叠层介质,通过改变衬底厚度,例如根据本发明的两个单侧双叠层介质可以结合在一起,形成满足厚度要求的双侧双叠层介质。
附图说明
将参照附图更加详细地描述本发明,其中:
图1示出了根据本发明的双叠层光学数据存储介质的示意图。示出了两个叠层的有效反射。
图2示出了L1中最大可允许的吸收作为双叠层盘的两个层所施加的最小有效反射率的函数。
图3示出了L0和L1中优选吸收与L1中的最大可允许吸收和L0及L1的有效反射率的函数关系的比较。
图4示出了L0和L1中光学吸收之比与有效反射的函数关系。
图5示出了由吸收记录层对光学辐射束吸收的示意图,其中忽略了记录层内的干涉效应。
图6示出了对于L1类型叠层(左)和L0类型叠层(右)计算得到的吸收和用方程(9)进行近似之间的比较。实线:精确计算;虚线:近似结果。
图7示出了对于激光波长在DVD规格范围内的各种有效反射值,最大可允许k值和L1记录层厚度的关系。
图8示出了对于满足DVD规格(激光波长为655nm,Rmin=18%)的双叠层介质,可允许k值范围和L1记录层厚度的函数关系。
图9示出了DVD可兼容(R=18%)和BD可兼容(R=4%)的双叠层盘的最大可允许k值。
具体实施方式
图1中,示出了用于使用聚焦辐射束如波长为λ的激光束9进行记录的双叠层光学数据存储介质10。激光束在记录期间穿过介质10的入射面8进入。介质10包含衬底1和7,衬底1和7的侧面上存在第一记录叠层2和第二记录叠层5,其中第一记录叠层2称为L0,其在波长λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0,第二记录叠层5称为L1,其在波长λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1。透明间隔层4夹在记录叠层2和5之间,所述透明间隔层4具有的厚度为50μm,其基本上大于聚焦激光束9的聚焦深度。吸收值满足如下方程:
A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 ) ,
在该公式中,Rmin为每个记录叠层的最小要求的有效光学反射值。
第一记录叠层2包含可记录类型L0记录层3,例如偶氮染料或任何其它合适的染料。第一衬底1或间隔层4中存在导向槽,在L0记录层3和衬底1之间存在第一高度反射层。存在第二衬底7,在其侧面上具有第二记录叠层5,其包含可记录类型L1记录层6,例如偶氮染料或任何其它合适的染料。第二L1记录叠层5处于与L0记录叠层2相比更加靠近入射面8的位置。第二导向槽位于第二衬底7或间隔层4中。通过透明间隔层4将具有L0的第一衬底1附着到具有L1的衬底,该间隔层可充当结合层。下面描述特定适合的L0/L1叠层设计。
实施例1:DVD可记录双叠层,Rmin=0.18,λ=655nm(各层以此顺序):
由具有厚度0.60mm的PC制成的衬底1;
100nm的Ag(银)反射层(n=0.16-5.34i),也可以使用Au(金)、Cu(铜)或Al(铝)或其合金;
偶氮染料的L0记录层3,厚度为80nm,该染料在655nm的辐射束波长处的折射率为2.24-0.02i;
由厚度为10nm的银制成的第一半透明反射层,也可以使用金、铜或铝或其合金;
由厚度为50μm的透明的UV可硬化树脂制成的间隔层4;
由厚度为10nm的银制成的第二半透明反射层,也可以使用金、铜或铝或其合金;
偶氮染料的L1记录层6,厚度为80nm,该染料在655nm的辐射束波长处的折射率为2.24-0.02i;
由厚度0.58mm的PC制成的衬底7。
该叠层设计具有如下反射、吸收和透射值:
AL0=0.4
AL1=0.2
RL0=0.6
RL1=0.2
TL1=0.6
TL0=0
已满足公式 A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 ) = 1 - 0.18 - ( 0.18 / 0.6 ) = 0.27 . 并且, k L 0 λ * d L 0 = 1.6 nm ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π ) = 26.4 nm k L 1 λ * d L 1 = 1.6 nm ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π ) = 26.4 nm .
第一半透明反射层也可以是厚度例如为20nm的SiO2层,也可以使用其它的电介质。在不同的实施例中,可以缺少第一半透明反射层。此外,在记录层和该反射和/或半透明反射层之间可以存在附加的电介质层。第二半透明反射层也可以是电介质(如SiO2)或半导体(例如Si)层。此外,在记录层和第二半透明反射层和/或在第二半透明反射层和间隔层和/或在记录层和衬底7之间可以存在附加的电介质层。
以下示例并不构成本发明的一部分,而是表示对于理解本发明是有用的背景技术。
示例:BD可记录双叠层,Rmin=0.12,λ=405nm(各层以此顺序):
由厚度1.1mm的PC制成的衬底1;
100nm银的反射层(n=0.17-2i),也可以使用金、铜或铝;
有机染料L0记录层3,厚度为50nm,该染料在405nm的辐射束波长处的折射率为2.4-0.04i;
由厚度20nm的SiO2制成的第一透明电介质层,也可以使用其它的电介质(Si3N4、ZnS-SiO2、Al2O3、AlN);
由厚度为25μm的透明UV可硬化树脂制成的间隔层4;
有机染料的L1记录层6,厚度为50nm,该染料在405nm的辐射束波长处的折射率为2.4-0.04i;
由厚度20nm的SiO2制成的第二透明电介质层,也可以使用其它的电介质(Si3N4、ZnS-SiO2、Al2O3、AlN);
由透明UV可硬化树脂制成的衬底7,厚度为0.075mm,在本实施例中也称为覆盖层。
该叠层设计具有如下反射、吸收和透射值:
AL0=0.6
AL1=0.2
RL0=0.4
RL1=0.2
TL1=0.6
TL0=0
已满足公式 A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 ) = 1 - 0.12 - ( 0.12 / 0 . 4 ) = 0 . 33 . 并且, k L 0 λ * d L 0 = 2 nm ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π ) = 24 nm k L 1 λ * d L 1 = 2 nm ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π ) = 24 nm .
在图2中,画出了L1中最大允许吸收AL1max和两个记录叠层L0和L1的最小有效反射Rmin的函数关系。注意,可获得的Rmin最大值为约0.38。该值代表如下情况:L1叠层没有任何吸收,并因此不可能记录,而L0叠层也没有吸收且反射最大(RL0=1)。
在图3中,比较了L0和L1中的优选吸收与L1中最大可允许吸收以及L0和L1的有效反射率的函数关系。该优选吸收图示表示了方程(6)和(7)。
在图4中,示出了AL0和AL1之比与L0和L1中有效反射率的函数关系。可以看出该比值优选范围为1.5-2.5,更优选范围为1.5-2.0。
在图5中,示出了双叠层光学数据存储介质10中记录层3、6的示意布局(见图1)。示出了光学辐射束的路径。L0和L1中的吸收主要由记录层厚度dL和记录层材料的吸收系数k(k为复折射率n的虚部)决定。为了评估记录叠层内的吸收,省略了可能的双层叠层设计的详细影响,这意味着进行如下简化:(i)忽略了记录层内的干涉效应,(ii)忽略了可能存在的附加层中的可能吸收,(iii)记录层被嵌入在两个具有复折射率为n0和n2的半无限介质之间。典型地,上面的周围介质(对L1为衬底,对L0为间隔层)将是透明的,而下面的介质也将为透明的(对L1为间隔层)或高度反射的(对L0为反射镜)。随后,该层内光辐射束的吸收指数地取决于dL和kL,用方程(8)表示。
在图6中,示出了吸收和记录层厚度之间函数关系的模型化结果。实线表示精确计算,而虚线表示方程(9)的近似。注意,该近似对于L1叠层是最佳的,并且对于L0叠层来讲是合理的。
在图7中,示出了对于各种Rmin的值,记录层L1的最大允许k值和记录层厚度dL1的函数关系。
在图8中,画出了Rmin=0.18的特殊情况,其中允许的k值范围用阴影表示。
在图9中,除了画出相同的内容之外,还另外添加了BD的图形作为比较。
应该注意,上述实施例是用于阐述而非限制本发明,并且本领域技术人员在不离开所附权利要求的范围内可以设计出许多备选实施例。在权利要求书中,放在圆括号中的任何参考记号不应被理解为限制该权利要求。单词“包含”并不排除在权利要求中所列元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。元件之前的单词“一或一个”并不排除存在多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中引用特定测量的纯粹事实并不表示这些测量的组合就不能有益加以使用。
根据本发明,描述了使用波长为λ的聚焦辐射束进行记录的双叠层光学数据存储介质。该辐射束在记录期间穿过该介质的入射面进入。该介质包含至少一个衬底,在其侧面上存在:称为L0的第一记录叠层,其包含可记录类型L0记录层,所述第一记录叠层L0在波长λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0;和称为L1的第二记录叠层,包含可记录类型L1记录层,所述第二记录叠层L1在波长λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1;以及夹在这些记录叠层之间的透明间隔层。通过满足公式 A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 ) , 该公式中Rmin为每个记录叠层的最低要求的有效光学反射值,实现与只读(ROM)型式介质的完全兼容性。

Claims (3)

1.一种双叠层光学数据存储介质(10),用于使用具有约655nm的波长λ且在记录期间穿过该介质(10)的入射面(8)进入的聚焦辐射束(9)进行记录,包括:
至少一个衬底(1,7),在其表面上呈现:
第一记录叠层(2)L0,包含可记录类型记录层(3),所述第一记录叠层L0在波长λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0,并且该可记录类型记录层(3)在波长λ处具有复折射率 n ~ L 0 λ = n L 0 λ - i * K L 0 λ 和具有厚度dL0
第二记录叠层(5)L1,包含可记录类型记录层(6),所述第二记录叠层L1在波长λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1,并且该可记录类型记录层(6)在波长λ处具有复折射率 n ~ L 1 λ = n L 1 λ - i * K L 1 λ 和具有厚度dL1,所述第二记录叠层比第一记录叠层更靠近该入射面;
夹在记录叠层(2,5)之间的透明间隔层(4),所述透明间隔层(4)具有的厚度基本上大于聚焦辐射束(9)的聚焦深度,
其特征在于, A L 1 ≤ 1 - R min - ( R min / R L 0 ) , 其中Rmin=0.18,并且满足下列公式:
k L 0 λ ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π * d L 0 ) ;
k L 1 λ ≤ { λ * ln [ 1 / ( R min + ( R min ) ) ] } / ( 4 π * d L 1 ) .
2.根据权利要求1的双叠层光学数据存储介质(10),其中AL1≤AL0
3.根据权利要求2的双叠层光学数据存储介质(10),其中1.5AL1≤AL0≤2.5AL1
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