CN100435226C - 可写光学记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可写光学记录介质(500)，且更具体而言涉及包括一个承载记录叠层(510)的基底(520)的一次写入光学记录载体，该记录叠层(510)包括由PEDOT和/或PEDOT的衍生物制造的记录层(516)。

Description

可写光学记录介质
技术领域
本发明涉及一种包括一个基底的可写光学记录介质，该基底承载了一个具有至少一个记录层的记录叠层。更具体而言，本发明涉及一种一次写入光学记录载体。
背景技术
我们已经看到通过增加物镜的数值孔径和减小激光波长可以逐渐增加可写光学记录介质的数据容量。总数据容量从650MB(CD，NA＝0.45，λ＝780纳米)增大到4.7GB(DVD，NA＝0.60，λ＝650纳米)，直到最终的25GB(蓝光光盘(BD)，NA＝0.85，λ＝405纳米)。因此，遍及所有的介质只采用两个不同的写原理：一次写入CD-R和DVD+R情形下的染料记录和可重写CD-RW、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW和BD-RE情形下的相变记录。
染料记录型介质，特别地，一次写入型光盘典型地由具有记录层材料施加在其第一表面上的聚碳酸酯基底组成。该记录层材料是由光致变色化合物--这里称作染料--和(共轭)聚合物组分组成的组合物。该组合物被最优化，更具体而言，根据施加的激光频率以及在记录介质的写入部分和未写入部分之间的反射读取光束的光学对比度来选择染料，以便满足诸如热稳定性、耐久性、写入灵敏度等条件。已知的染料是花青、酞菁染料和金属化偶氮化合物。
进入光学记录载体的写激光束聚焦在上述记录层上并且被记录层材料部分地吸收。从而，该记录层材料被加热和分解，即它持久而不可逆地改变了它的结构。更确切地讲，当加热时上述的组合物中的电子相互作用和/或染料与共轭聚合物之间的原子空间排列发生变化，并且，染料分子间相互作用的改变致使染料分子的聚合状态发生改变。可以观察到这些改变表现为光的吸收和/或记录层的反射行为的改变。同样，可能发生记录叠层的某些机械变形。
撞击到以上述方式写入的标记上的读取光束将被发生分解的区域部分地散射。因此，在上述反射金属层反射的光的强度取决于读取光束是否撞击到标记或几乎不受干扰地通过该记录层(未写入区域)。
对于更高数据容量的逐渐增长的需求和对于更低成本的一般需求已经激发制造者去寻求新的记录材料。例如在US 5,648,135中提出，用于780纳米和830纳米的波长范围的可记录光盘的一个记录层包括一种共轭聚合物和一种染料，其中该染料选自酞菁染料、tetrapyradinoporphyradine染料、萘二甲蓝染料(naphthalocyanine)和镍二硫酚(nickel dithiol)配合物。
类似地，在US 5,443,940中提出的光学记录介质包括光致变色化合物和聚合物组分。
WO 97/08692解决了一些染料不具有足够高的二色性(平行于染料分子取向偏振的光的吸收被垂直于染料分子取向偏振的光的吸收整除)和其它染料被发现在预期的波长范围内不被吸收的问题。在寻找能够提供高二色性和与液晶材料的取向对准的能力的合适染料上付出了很大努力。
尽管已经引入蓝光盘作为基于相变写原理的可重写光数据存储系统，制造者目前仍在记录材料的开发上进行探索，更特别的是能够在405纳米BD波长下使用的染料。同样，表现出优越的记录特性(特别是在高速记录条件下)的记录材料、染料或有机物质的可用性是用于未来几代光盘的首选项。此外，考虑将无机记录层作为一次写入应用的候选项。然而，此种材料的生产通常非常费事。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种采用一种具有竞争力的记录材料的可写光学记录介质，该记录材料能够容易地生产和应用。
根据本发明的第一方面，这个目的由首段中描述的可写光学记录介质实现，其特征在于上述记录层由PEDOT和/或PEDOT衍生物制造。
应该注意术语“PEDOT”将连续地使用为既表示PEDOT聚合物、又表示PEDOT衍生物。参看Groenendaal，L.，Jonas，F.，Freitag，D.，Pielartzik，H.，Reynolds，J.R.，在《先进材料(Adv.Mater.)》2000年第12期第481页发表的“聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)和它的衍生物：过去、现在和将来(poly(3，4-ethylenedioxy-thiophene)and itsderivatives：past，present，and future)”一文，其中已经描述了几个聚合工艺，以得到以稳定的掺杂形式存在的PEDOT(也称作PEDT)和PEDOT衍生物。例如，Bayer目前销售一种Baytron
Figure C20048000723100051
P级，其基于氧化聚合工艺得到PEDOT/聚苯乙烯磺酸混合物，该混合物可以加工成在水中的分散物质。尽管PEDOT(还可以参看EP-A 339400和WO 01/90212)是公知的，但是到目前为止它作为光学记录层材料的可用性还没有被认识到。
PEDOT表现出以下特性：好的耐水解性，好的光、热和电化学稳定性。300℃到400℃的PEDOT的高分解温度比典型的记录染料的分解温度还高约50℃到100℃。因此，预期PEDOT在存档和保存寿命方面比其它已知的(有机)记录层材料具有更高的稳定性。
由于它的这些特性，PEDOT很容易进行加工处理。该聚合物能够分散在水中。因此PEDOT的涂覆可以采用传统的涂覆方法，诸如刷涂、印刷、喷墨打印、胶印、喷涂、滚涂，以及优选地旋涂。旋涂在大多数种类的基底(包括玻璃、硅、铬和金)上都是可行的。并且，事实上所有的塑料都能够用PEDOT涂覆，包括聚碳酸酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺和聚丙烯。
所有目前应用于CD-R、CD-RW、DVD+R、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW和建议用于BD的已知记录方法和一次写入记录材料都使用一种附加的染料，以改善记录层的吸收，然而，PEDOT本身的吸收就优选被采纳为用于作为蓝光盘技术采用的短波长。因此，可以考虑PEDOT作为当前包含染料的记录材料的优异而廉价的替代品。
根据构成本发明的第一方面的进一步发展的第二方面，记录叠层进一步包括设置在记录层相对侧、与记录层相邻的第一和第二反射层。
根据构成本发明的第二方面的进一步发展的第三方面，第一和第二反射层包括银。
根据构成本发明的第一到第三方面之一的进一步发展的第四方面，记录叠层进一步包括设置在记录层相对侧、与记录层相邻的第一和第二介电层。
根据构成本发明的第四方面的进一步发展的第五方面，第一和第二介电层包括硫化锌-二氧化硅(ZnS-SiO2)。
根据构成本发明的第五方面的进一步发展的第六方面，记录介质包括根据本发明的第三方面在所述基底上形成的记录叠层作为第二记录叠层，在与基底相对的所述第一记录叠层上形成的分隔层，根据本发明的第五方面在所述间隔层上形成的记录层作为第一记录叠层，和在与分隔层相对的所述第一记录叠层上形成的覆盖层。
根据构成本发明的第一到第六方面之一的进一步发展的第七方面，该记录介质满足了蓝光盘的要求。
根据本发明的第八方面，上述目的通过在可写光学记录介质上使用PEDOT和/或PEDOT衍生物作为记录层材料而进一步实现。
附图说明
通过下面结合附图的优选实施例的描述，本发明的上述和其它的目的、特征和优点将变得清楚，其中
图1阐释了PEDOT的化学结构；
图2阐释了Baytron
Figure C20048000723100071
P PEDOT/PSS混合物的化学结构；
图3表示测量的平行和垂直PEDOT薄膜表面的折射率；
图4表示椭圆光度法测量PEDOT薄膜的折射率(n)和吸收系数(k)；
图5阐释了根据本发明优选实施例的可写光学记录介质的横截面图；
图6表示根据图5的可写光学记录介质中的第一银层的厚度与光学性能之间的函数关系；
图7阐释了根据本发明的另一个优选实施例的可写光学记录介质的横截面图；
图8表示根据图7的可写光学记录介质中的第一银层的厚度与光学性能之间的函数关系；
图9阐释了根据本发明的第三优选实施例的双层可写光学记录介质的横截面图；
图10表示根据图9的双层可写光学记录介质的光学性能。
具体实施方式
如图1所示的PEDOT(聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)(poly(3，4-ethylenedioxythiophene))的化学结构已经由Petterson等人在1999年公布。如图1所示，PEDOT是基于由二醚桥接的杂环噻吩环的导电聚合物。这就意味着，它具有与例如聚噻吩相同的共轭骨架。然而，如同上面先前提到的，根据本发明，这里的术语PEDOT并不理解为表示如图1所示基础聚合物。PEDOT更适合于理解为既包括聚合物又包括它的衍生物。在图2中给出了PEDOT衍生物的一个例子，即BaytronP PEDOT/PSS混合物。
具有光轴与样本法线平行、沉积在玻璃上的PEDOT薄膜的光学特性与入射光束的波长的相关性已经由Petterson等人进行测量(1999年)。在图2中示出了平行于PEDOT薄膜(上面的实线)的样本表面的寻常折射率(N0或者n//)和垂直于该薄膜的样本表面、但与光轴(上面的虚线)对齐的非常折射率(Nc或者n⊥)的测量值。并且，在此图中示出了平行于PEDOT薄膜的样本表面(下面的实线)的吸收系数(k//)和垂直于该样品表面(下面的虚线)的吸收系数(k⊥)。从测量数据可以看到，PEDOT的折射率和吸收系数是各向异性的。
此外，我们已经测量到旋涂在玻璃基底上的130纳米厚的PEDOT层(根据如图1所示的分子式)的折射率n和吸收系数k。在角度为50度到90度之间时使用偏振光椭圆率测量仪测量光学性能n和k。结果在图4中给出。这里给出了三个不同的样本(初始#1到#3)的三组(n，k)值。可以将已测量的n和k表示为有效参数，因为没有考虑各向异性。尽管如此，与图3相比较，这些值与由Petterson等人(1999年)测量的寻常折射率(N0或者n//)也非常符合。
我们已经进一步测量到分解后的PEDOT层的光学性能。分解通过加热样本直到400℃来实现。在405纳米波长处，在初始状态(n(初始)＝1.45)和分解状态(n(分解的)＝1.65)之间可以观察到折射率可检测的差异。测量结果显示一旦分解(k＝-0.1)，吸收系数几乎不改变。因此，PEDOT在一次写入BD-R盘中可以用作记录介质。测量进一步表明PEDOT也可以在其它记录波长，诸如在CD光学设备中使用的780纳米波长和在DVD光学设备中使用的650纳米波长下使用。
从图5可以看到，根据本发明的第一实施例的可写光学记录介质500包括一个记录叠层510。该记录叠层510自上而下--相对由箭头502表示的入射光束的方向--包括第一银反射层或反射镜层514(也称作M1)，根据具有如图1所示分子式的有机PEDOT制造的记录层516(也称作O)，其厚度为60纳米，以及与第一反射层514相对的上述记录层516相邻的第二反射层或反射镜层518(也称作M2)，在本实施例中M2约为20纳米厚。反射镜层514、518在本实施例中由银制造，但也可以包括其它金属或者金属合金，例如优选为铝、铝与一定量的百分比的钛的混合物，或者金。该记录层可以进一步包括任意的PEDOT衍生物。在记录叠层510之下的记录介质500的底层是优选由聚碳酸酯制造的基底520。上述层的排列，即第一反射层514、记录层516、第二反射层518以相反的顺序层压在基底520上。覆盖层512，这里也称作C层，压在记录叠层的顶部以用于保护。这个覆盖层例如可以由Sylgard 184或者聚碳酸酯制造，并且在BD盘的情况下这个层可以是约100微米厚。该记录载体也可以是空气入射型的。根据图5的实施例表示一种一次写入记录叠层。
由箭头502表示的405纳米蓝光激光束由写入单元产生，该写入单元被放置在相对记录载体的预定位置。该激光束从M1层514一侧进入记录叠层并且由上述写入单元聚焦在记录叠层510上，更精确地讲是聚焦在记录层516上。如果存在覆盖层512，那么光束穿过该覆盖层聚焦。然后，由电磁辐射传输的能量被部分地吸收进记录叠层510中，更具体而言是吸收进记录层516的PEDOT材料中。该光束的被吸收的部分产生足够的热量，用于以上述方式局部地改变PEDOT材料的光学性能(分解)。
图6阐释了这些光学性能，更精确地是阐述初始和分解后的PEDOT叠层的反射和相应的如结合图5所述的覆盖层-M1-O-M2-基底-叠层中的第一银层M1厚度与对比度之间的函数关系。初始状态的反射由短划线表示，分解状态的反射由虚线表示，而相应的对比度(其可以表示归一化的反射差：对比度＝(R(初始)-R(分解的))/R(初始))由实线表示。已经发现12纳米厚度的M1层将产生最好的光学性能：一个高反射差、一个10％的初始反射和一个95％的对比度。
根据如图7所示的本发明的另一个实施例，一个可写光学记录介质700包括一个记录叠层710，其中有机PEDOT记录层716(也称作O)夹入两个介电层714、718之间。上介电层714(相对由箭头702表示的入射光束的方向)，这里也称作I1或第一介电层，下介电层718也称作I2或第二介电层。PEDOT记录材料包含如图1所示分子式的化学结构。根据本实施例，PEDOT记录材料具有100纳米的厚度。它也可以包括任何PEDOT衍生物，诸如图2所示的那些化合物。根据本实施例，下介电层718为43纳米厚。两个介电层714、718都由ZnS-SiO2制造，例如(ZnS)80(SiO2)20。该记录I1-O-I2叠层710在双层光学记录盘中可以用作半透明叠层。因此，记录介质700的底层720可以是双层记录层光盘(参见图9)中的深(相对入射光束702)记录叠层之上的分隔层，或者优选地是例如由聚碳酸酯制造的(哑)基底。上述层的排列，即第一介电层714、记录层716、第二介电层718以相反的顺序层压在底层720上。典型地由Sylgard 184或聚碳酸酯制造的覆盖层712(这里也称作C)层压在记录叠层的顶部以用于保护。也可以使用其它(半)透明材料，例如Si3N4、SiC、Al2O3等作为所要求的基于PEDOT或/和PEDOT衍生物记录层的记录叠层中的介电层。
此外，由箭头702表示的由写入单元产生的405纳米蓝光激光束从I1层714侧进入该叠层，并且由上述写入单元聚焦在记录叠层710上，更精确地讲，聚焦在记录层716上。然后，能量部分地被吸收进记录叠层710中，更具体而言，在足够高的激光功率下被吸收进记录层716的PEDOT材料中和/或介电ZnS-SiO2层I1714和I2718中，从而导致在PEDOT材料中温度的升高，该温度超过了PEDOT材料的分解温度。以此种方法，标记被写进记录层材料中。
图8表示了根据图7的覆盖层-I1-O-I2-间隔层叠层的光学性能，与第一ZnS-SiO2介电层I1714的厚度之间的函数关系。(我们)已经发现该叠层的光学性能：初始反射(虚线)、对比度(实线)和有效透光率(短划线；因此有效透光率＝3/4初始状态的透射和1/4分解状态的透射)在66纳米的I1层厚度时是最好的。此时，初始反射是入射光的大约10％，对比度是89％，并且记录之后有效透光率为57％，使得这个叠层适合用于双层(或者甚至多层)记录。因此，根据图7的实施例表示一种一次写入记录叠层，并且在双层盘中可以用作半透明顶部叠层(相对入射光束)，也称作L0叠层。
图9示出了这样一种双层排列。根据本发明的第三实施例，可写光学记录载体900包括一个沉积在基底928上的下L1记录叠层911(相对由箭头902所示的入射光束的方向)。在L1叠层的顶部，第一半透明记录叠层L0910可以与间隔层920一起沉积，从而间隔层920位于两个叠层910和911之间。因此，如结合图7所述的I1-O-I2记录层被提议作为第一记录叠层L0。如上面所概述的，这个叠层具有57％的有效透光率。覆盖层912可以被布置在该双层排列的顶部。央在两个银反射层中间的PEDOT层被提议作为第二记录叠层L1。随之可写光盘的排列就成为(由底到顶)：基底928-M2926-O 924-M1922-间隔层920-I2918-O 916-I1914-覆盖层912。该I1层是66纳米厚，在上记录叠层L0中的PEDOT层是100纳米厚，而该I2层是43纳米厚。在下M1-O-M2叠层中的PEDOT层的厚度是60纳米，深银层M2为100纳米厚。
图10表示在根据图9的可写光学记录载体中的下记录叠层L1的光学性能。更具体而言，表示出了初始状态的反射(短划线)和有效反射(虚线；已经两次穿过第一记录叠层之后)以及相应的对比度(实线)与第一银层M1的厚度之间的函数关系。可以看到22纳米的厚度得到了10.5％的有效反射和83％的对比度。
应该注意本发明并不限于上面的优选实施例。对于本领域的普通技术人员来说以下将是明显的：在不偏离所公开的新颖性概念的精神和范围的前提下，可以实现本发明的许多变化和修改。更具体而言，PEDOT记录层的应用既不限于蓝光盘技术也不限于一次写入的应用。除了上面讨论的这些之外，层的几种排列也是可行的，例如C-I1-O-I2-M-S。具有不同记录层的组合的双层排列也是可行的，因此例如仅仅一个记录层由PEDOT或PEDOT衍生物制造而其它层可以包含记录染料或相变材料。此外，具有多于两个记录层的多层排列是可行的，因此这些记录层的至少一个由PEDOT或者PEDOT衍生物制造。介电层材料可以由不同于上面的实施例的材料组成。此外反射层可以由不同的金属或者金属合金制造。覆盖层和基底材料并不局限于上面提到的材料。所有的提到的层的厚度可以在根据上述实施例给出的范围中不同地选取。
应该进一步注意到，根据本发明的光学记录介质也能够被应用于多级记录，因此通过施加多个反射级将在同一记录载体中存储增加的多个数据位，即多于从上述的传统光盘中获知的两个反射级。这些不同的反射级能够通过例如由更高的激光功率产生的凹坑宽度或凹坑深度调制获得。

Claims (8)

1、一种包括承载记录叠层的基底(520，720，928)的可写光学记录介质(500，700，900)，该记录叠层(510，710，910，911)包括记录层(516，716，916，926)，其特征在于所述记录层由聚3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)和/或聚3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)衍生物制造。
2、如权利要求1所述的可写光学记录介质，其特征在于记录叠层进一步包括与记录层相邻、且在记录层的相对侧排列的第一(514，922)和第二反射层(518，928)。
3、如权利要求2所述的可写光学记录介质，其特征在于第一和第二反射层包含银。
4、如权利要求1所述的可写光学记录介质，其特征在于记录叠层进一步包括与记录层相邻、且在记录层的相对侧排列的第一(714，914)和第二(718，918)介电层。
5、如权利要求4所述的可写光学记录介质，其特征在于第一和第二介电层包含ZnS-SiO2。
6、一种可写光学记录介质(900)，该记录介质包括：
-基底(928)，
-形成在所述基底上的第二记录叠层(911)，包括第二记录层(924)以及与第二记录层相邻、且在第二记录层的相对侧排列的第一(922)和第二反射层(926)，
-在与基底相对的所述第一记录叠层上形成的间隔层(920)，
-形成在所述间隔层上的第一记录叠层(910)包括第一记录层(916)以及与第一记录层相邻、且在第一记录层的相对侧排列的第一(914)和第二(918)介电层，以及
-在与间隔层相对的所述第一记录叠层上形成的覆盖层(912)，其特征在于，所述第一和/或第二记录层由聚3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)和/或聚3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)衍生物制造，第一和第二反射层包含银，第一和第二介电层包含ZnS-SiO2。
7、如权利要求1所述的可写光学记录介质，其特征在于它满足蓝光光盘的要求。
8、使用聚3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)和/或聚3，4-亚乙二氧基噻吩(PEDOT)衍生物作为可写光学记录介质中的记录层材料。
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