CN101740057B - 具有一次写入和可重复写入特性的光学记录介质 - Google Patents

具有一次写入和可重复写入特性的光学记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有一次写入和可重复写入特性的光学记录介质。一次写入光学记录介质(1)，除了一次写入特性外还具有可重复写入特性。根据本发明，由具有记录层(4)的光学记录介质(1)实现该目标，该记录层(4)具有至少第一记录子层(R1)和第二记录子层(R2)，通过熔合该至少第一和第二记录子层(R1、R2)的材料而记录信息标记(3)，其中选择该至少第一和第二记录子层(R1、R2)的材料，以使得该熔合材料是适于将附加数据记录为熔合材料的相变的相变材料。

Description

具有一次写入和可重复写入特性的光学记录介质
技术领域
本发明涉及一次写入光学记录介质，除了一次写入特性外该光学记录介质还具有可重复写入特性。
背景技术
传统的可记录光学记录介质可以分成一次写入光学记录介质(WO-介质)和可重写光学记录介质(RW-介质)。用于两种类型介质的多种记录材料是已知的。例如，WO-介质典型地采用有机染料、金属氧化物和氮化物或者诸如Cu/Si双层的双层来实现。RW-介质通常采用诸如Ge2Sb2Te5或Ag3In5Sb71Te21的相变材料来实现。通常采用单一的相变层。
尽管相变层典型地用于RW-介质，但是它们也可以用于WO-介质。例如，US 6841218揭示了两个相邻的相变材料的记录子层用于一次写入光学记录介质。第一记录子层包括第一成分，该第一成分可以通过与包括在第二记录子层中的成分结合而改变成非晶态的更加稳定的另一种成分。
US 5796708中公开了具有两个记录子层的另一个光学记录介质。通过采用光束熔合两个记录子层的材料而将信息标记记录在介质上。
JP02-156435中公开了具有两个记录子层的又一个光学记录介质。该介质具有两层。第一层是稳定相变层，并且用作一次写入层。采用增加的射束能量，熔合第一层和第二层以形成可重复写入的相变层。为了使在可重复写入区域中实现可重复写入记录，必须有初始化步骤以使两层熔合。结果，光学记录介质的某些部分用作一次写入区域，而光学记录介质的其它部分用作可重复写入区域。
对于某些应用，会希望在相同的区域中具有一次写入特性以及可重复写入特性的光学记录介质。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一次写入光学记录介质，该光学记录介质至少提供部分的附加可重复写入能力。
根据本发明，该目标通过这样的光学记录介质来实现，该光学记录介质具有包括至少第一记录子层和第二记录子层的记录层，通过熔合(alloying)该至少第一和第二记录层的材料来记录信息标记，其中选择该至少第一和第二记录子层的材料，以使得熔合的材料为将附加数据记录为该熔合材料的相变的相变材料。
根据本发明的光学记录介质具有一次写入特性以及可重复写入特性。尽管可重复写入能力是有限的，但是可以用于特定的应用。例如，提出的光学记录介质结构允许增加附加的选择功能性，用于在按需制造(MOD)条件下已经记录的介质的内容保护和跟踪。下面将参考特定的介质结构而给出更加详细的说明。
记录层由至少第一和第二记录子层组成。选择第一和第二记录子层的材料以使得它们能够被烧制形成具有相变特性的合金。同时，由于材料的熔合引起的光学对比度(optical contrast)需要足够高，以为一次写入光学记录介质获得足够的调制。
与传统一次写入介质一样，采用的第一光学记录介质显示出高反射率和调制(modulation)。然后，由于相变特性，在第二记录步骤中，该反射率和调制可以在介质的特定区域中被减小。由此，两种可能性被区别开。
第一种可能性是调制的减少。反射率略微变化而不妨碍正常的数据读出。在这种情况下，反射率变化的频率优选远小于以熔合标记(alloyed mark)形式存储的HF-数据的频率。这样，只有特定的驱动才能检测反射率变化以及采用该反射率变化记录的数据。低通过滤(low pass filtering)允许抑制HF数据信号，并且检测微量的反射率变化。
该机构的一个应用是一种物理内容保护(physical content protection)。译码钥匙(decryption key)或者以这种微量反射率变化存储。如果采用本领域的光学记录介质和驱动复制该光学记录介质，则会丢掉该译码钥匙，而使记录的光学记录介质不能工作。除了新光学记录介质和记录装置的新固件(firmware)外，该应用需要使用者具有适当的固件和稍加修改的硬件来读取译码钥匙。
第二种可能性是完全抑制调制。改变反射率，使得在特定的区域中调制完全消失。这种效果可以以不同的方式来使用。一个应用是临时隐藏信息。之后，该信息可以由特定的记录程序恢复，这是因为尽管对比度为零，但是信息仍然存储在记录层的标记中。标记的临时隐藏和恢复通过将相变标记的状态从非晶态变化到晶态来实现，反之亦然。
当然，将来也会涉及利用所提出光学记录介质的特定特性的其它新应用。
有利地，选择该至少第一和第二记录子层的材料，以使得将熔合材料的状态从非晶态变化到晶态所需的记录功率P1和将熔合材料的状态从晶态变化到非晶态所需的记录功率P2小于熔合该些材料所需的记录功率P3。换言之，对于两种可能性，需要以这样的方式优化光学记录介质的结构：第一记录过程(即不同记录子层的熔合)的记录功率基本上高于写入具有相变特性标记所需的功率。这保证了在相变记录过程中通过附加熔合没有损坏数据。
优选地，将熔合材料的状态从非晶态变化到晶态所需的记录功率P1小于将熔合材料的状态从晶态到非晶态所需的记录功率P2。这是对相变记录介质的典型限制。
有利地，记录过程是“高到低(High-to-Low)”的过程。在这种情况下，记录标记的反射率较低，因此吸收较高。于是，对于上述的调制减小，易于保证在标记的重新写入过程中，标记比具有高反射率和低吸收的槽脊(land)区域吸收更多的热。这样，相变区域的状态的独立使得在第一步骤中已经记录的信息在重新写入过程中保持不变。该情形不同于调制抑制，这是因为一旦改变反射率使得调制完全消失，标记和槽脊区域的吸收就几乎相同。然而，即使是这样，也能以这样的方式设计层的堆叠：改变相变状态所需的功率远小于用于熔合该些材料的功率。
例如，高记录速度和/或短写入脉冲的适当写入方法保证了相变标记的状态在紧接着熔合之后为非晶态。然后，附加的记录步骤允许将相变标记的状态从非晶态变化到晶态。
优选地，记录层包括第一、第二和第三记录子层，分别由三种材料M1、M2、和M3组成。材料的有利成分为M1＝Ag、M2＝AgInTe2和M3＝Sb70Te30。在此情况下，每个子层的厚度可以调整为烧制(burned)的合金接近于Ag12In4Sb55Te29。特别是，AgInTe2的量优选基本上为Ag量的1.7倍，并且Sb70Te30的量优选基本上为Ag量的9.2倍。每层的对应厚度可以用元素Ag、In、Sb和Te的平均原子直径计算。
用这样的材料成分，可以实现高反射率和调制值。例如，在650nm的波长，已经计算出0.5的反射率和0.7的最大调制。实际上，由于调制与交叉写入(cross-writing)引起的抖动增加(jitter increase)之间的平衡，调制略微较小。此外，用聚焦束测量的反射率略小于计算中采用的平行束的反射率，该计算在下面参考附图讨论。然而，反射率-调制乘积足以满足应用于DVD(数字视盘)的要求。
根据本发明的另一方面，从根据本发明的光学记录介质读取数据的方法具有如下步骤：
用光束照射光学记录介质；
从光学记录介质反射的光束检测数据；以及
将使用熔合材料的相变记录的数据信号与使用熔合标记记录的数据信号分开。
该方法允许恢复(retrieve)使用熔合标记记录的数据以及使用熔合材料的相变记录的数据。
上述方法优选在从根据本发明的光学记录介质读取数据的设备中实施。
具体地讲，该设备具有用光束照射光学记录介质的光源、从光学记录介质反射的光束检测数据的检测器以及将使用熔合材料的相变记录的数据信号与使用熔合标记记录的数据信号分开的低通滤波器(low pass filter)。
优选地，译码钥匙由使用熔合材料的相变记录的数据信号恢复。这样，正如上面已经讨论的，可以易于实现记录数据的物理内容保护。
类似地，在根据本发明的光学记录介质上记录数据的方法具有如下步骤：
通过用具有熔合记录子层材料所需的记录功率P3的光束照射光学记录介质，使用熔合标记在光学记录介质上记录数据；以及
通过用具有将熔合材料的状态从非晶态变化到晶态或者从晶态变化到非晶态所需的记录功率的光束照射光学记录介质，使用熔合材料的相变在光学记录介质上记录数据。该方法利用光学记录介质的可重复写入特性来存储附加数据。
上述方法优选在根据本发明的光学记录介质上记录数据的设备中实施。
根据本发明的又一个方面，激活根据本发明的光学记录介质的方法具有通过激光辐射或热处理而将记录标记的状态从非晶态变化到晶态，从而增加熔合材料的反射率和/或调制的步骤。这样，利用光学记录介质的可重复写入特性实现附加安全特征。在通常的重放设备中，没有激活就不能恢复记录在光学记录介质的数据。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将参考附图在下面的描述中进行详细描述。应当理解的是，本发明不限于该示范性实施例，具体的特征也可以是当地结合和/或修改，而不脱离所附权利要求限定的本发明的范围。在附图中：
图1a)和图1b)图解了根据本发明的光学记录介质的结构，
图2示出了第一介质结构的平行束反射率的计算值，
图3描述了非晶态记录合金的平行束反射率、调制和反射率-调制乘积的计算值，
图4示出了晶态记录合金的平行束反射率、调制和反射率-调制乘积的计算值，
图5示出了第二介质结构的平行束反射率的计算值，
图6描述了非晶态记录合金的平行束反射率、调制和反射率-调制乘积的计算值，
图7示出了晶态记录合金的平行束反射率、调制和反射率-调制乘积的计算值，
图8描述了考虑晶态的一个记录子层的第一介质结构的平行束反射率计算值，
图9示意性地图解了从根据本发明的光学记录介质上读取数据和/或在其上记录数据的设备。
具体实施方式
图1图解了根据本发明的光学记录介质的结构。在图1的左部分a)和右部分b)中，分别为记录标记3之前和之后的结构。该记录介质具有记录层4，该记录层4由第一记录子层R1、第二记录子层R2和第三记录子层R3组成。记录子层R1、R2、R3夹设在两个介电层D1、D2之间。基板或覆盖层S设置在第一介电层D1上面。反射镜层ML设置在第二介电层D2下面。在以高功率激光脉冲2记录期间，记录的标记3通过熔合而形成。记录后，记录标记3的状态为非晶态。当然，仅采用两个或多于三个记录子层也是可以的。
下面将更详细地讨论光学记录介质1的两个结构示例。该些示例适合于650nm的波长。当然，本发明对于其它波长(例如，405nm)也可以实现，适合于CD(光盘)、DVD(数字视盘)、HD-DVD(高密度数字视盘)或BD(蓝光光盘)等。采用下面的材料来计算反射率和调制：
Ag
AgInTe2
Sb70Te30
在此情况下，AgInTe2的厚度需要是Ag厚度的1.51倍，并且Sb70Te30的厚度需要是Ag厚度的8.2倍，以便达到记录标记的正确成分(约为Ag12In4Sb55Te29)。在633nm和650nm之间的波长，折射系数的实部n和虚部k的值从测量得到或者源于文献([1]M.M.El-Nahass et al.：″Structural andoptical properties of flash evaporated AgInTe thin films″，Eur.Phys.J.Appl.Phys.35(2006)，pp.75-83；[2]Y.C.Her et al.：″Effects of Ag and In addition on theoptical properties and crystallization kinetics of eutectic Sb70Te30 phase-changerecording film″，J.Appl.Phys.93(2003)，pp.10097-10103)并且被归纳在下表1中。此外，合理地假设所有的材料在溅射后非常接近非晶态。
表1：有关的折射系数
  材料   非晶态/晶态   波长[nm]   n   k   来源
  Ag   沉积时   633   0.092   4.2   测量
  AgInTe2   沉积时   650   3.64   0.28   [1]
  退火   650   3.58   0.20   [1]
  Sb70Te30   非晶态   650   3.7   2.6   [2]
  晶态   650   4.6   4.8   [2]
  Ag12In4Sb55Te29   非晶态   650   4.17   1.86   [2]
  晶态   650   3.07   3.66   [2]
根据本发明的光学记录介质1的第一示范性结构归纳如下表2。该结构的目标是减小调制。
表2：第一示范性结构
  层   材料   厚度[nm]
  D1   ZnS-SiO2   80
  R1   Ag   2-7
  R2   Sb70Te30   17-60
  R3   AgInTe2   3-11
  D2   ZnS-SiO2   98
  ML   Ag-合金   100
  最大R×M   0.37
基于平行束反射规则的计算显示，对于所提出的层结构和材料，由两种材料的熔合引起的反射率变化对于可记录光学记录介质的应用是充分的。
图2示出了平行束反射率相对于Sb70Te30子层厚度的计算值。实线(R1s)表示记录前的反射率，长虚线(R2s)表示记录后(非晶态)的反射率，而短虚线(R2s2)表示记录材料的晶态反射率。
图3示出了平行束反射率R、调制M以及反射率-调制乘积R×M相对于SbTe子层厚度的计算值。这里RH表示最高反射率，对应于DVD(数字视盘)的R14H。AgInSbTe的状态是非晶态。在SbTe子层厚度为46nm时达到最大的反射率-调制乘积R×M。
如图2和3所示，记录后的反射率(即记录标记3的反射率)大大减小，并且可以达到大于R＝0.5和M＝0.6的反射率和调制值。光学记录介质1的结构已经对R、M和乘积R×M进行了优化。R×M的最大值到达约0.37，其远大于DVD的规定值(R×M＞0.27)。即使考虑到R因聚焦束和M因优化记录功率而少量减少，余值也是足够的。
在接下来的步骤中，对相同厚度但记录的标记为晶态计算反射率和调制。结果如图4所示，其示出了平行束R、M及R×M相对于SbTe子层厚度的计算值。较高反射率的上部曲线与图2相同。然而，对于34nm之上的SbTe子层厚度，调制减小。这是由于记录的标记的晶态略高的反射率值。最大反射率同前，但是对于特定厚度范围的SbTe子层，调制减小。例如，对于40nm的厚度，相对于非晶相AgInSbTe的0.61，调制为0.37。
换言之，如果SbTe子层的厚度为40nm，则紧接着第一记录后的调制约为0.61。在将非晶态变为晶态后，调制减少到0.37。取决于SbTe子层的厚度，调制可以实现较强的变化，或者，如果厚度减少到34nm之下，则调制的改变可以相反。这样，记录后的调制低(对应于非晶态)，并且可以通过第二步骤(晶化步骤)增加。例如，如果SbTe子层的厚度为30nm，则紧接着第一记录后的调制约为0.25。在从非晶态变为晶态后，调制增加到0.4。这说明该厚度可以调整为实现需要的反射率和调制值。
下表3示出了不同SbTe子层厚度和记录标记的不同状态(非晶态，晶态)的反射率和调制值。在SbTe子层厚度为46nm时，R×M的最大值达到约0.37(0.48×0.78＝0.37)。
紧接着记录由AgInSbTe形成的标记后，由于采用高峰值功率P3的短脉冲执行记录工艺而处于非晶态。反射率和调制值如图2(长虚线)和图3所示。通过施加较低峰值功率P1的长脉冲或者恒定激光辐射，标记的状态从非晶态变为晶态，导致图2(短虚线)和图4所示的反射率和调制值。然后，通过施加平均峰值功率P2且脉冲频率高于数据的时钟频率的短脉冲，标记可以被转换回到非晶态。作为选择，可以通过施加高转速的恒定激光功率而使用DC非晶化。
记录功率的条件如下：
P1＜P2＜P3
第一条件P1＜P2与已知的可重复写入介质相同。第二条件P2＜P3需要避免记录子层R1、R2、R3的附加熔合，这种附加熔合损坏(即删除)记录数据。在本示例中，这可以易于实现，因为晶态记录标记的反射率仍然低于未记录区域的反射率。因此，晶态记录标记的吸收高于未记录区域的吸收。这意味着对于非晶态与晶态之间的转换(反之亦然)，可以在未知(withoutknowledge of)信道数据的情况下施加激光脉冲，即使用接近P3的激光功率P2。
表3：反射率和调制值
  Ag的厚度[nm]   3.7   4.3   4.9   5.6   6.1   6.7
  SbTe的厚度[nm]   30.1   35.1   40   46   50   54.9
  AgInTe的厚度[nm]   5.5   6.5   7.4   8.5   9.2   10.1
  高反射率(未记录) 0.587 0.592 0.554 0.479 0.429 0.381
  低反射率 非晶态   0.442   0.333   0.212   0.105   0.067   0.051
  调制 非晶态   0.247   0.438   0.617   0.781   0.845   0.866
  低反射率 晶态   0.352   0.360   0.349   0.328   0.315   0.303
  调制 晶态   0.400   0.392   0.370   0.315   0.266   0.205
  最大R×M   0.374
根据本发明的光学记录介质1的第二示范性结构归纳如下表4。该结构的目标是调制的可逆完全抑制(reversible total suppression)。
表4：第二示范性结构
  层   材料   厚度[nm]
  D1   ZnS-SiO2   7
  R1   AgInTe2   4-9
  R2   Ag   3-6
  R3   Sb70Te30   22-50
  D2   ZnS-SiO2   105
  ML   Ag-合金   100
  最大R×M   0.29
图5示出了平行束反射率相对于SbTe子层厚度的计算值。实线表示记录前的反射率，长虚线表示记录后(非晶态)的反射率，而短虚线表示记录材料的晶态的反射率。
图6示出了平行束的反射率R、调制M和反射率-调制乘积R×M相对于SbTe子层厚度的计算值。这里RH表示最高反射率，对应于DVD(数字视盘)的R14H。AgInSbTe的状态为非晶态。
图7示出了平行束的反射率R、调制M和反射率-调制乘积R×M相对于SbTe子层厚度的计算值。AgInSbTe的状态是晶态。在42.5nm厚度，调制完全被抑制。最大反射率与前相同，除了在27.3nm之下外，在27.3nm之下记录标记的反射率高于初始状态，并且除了42.5nm之上外，在42.5nm之上最大反射率由于从非晶态到晶态的变化而增加。
子层的厚度调整为记录标记的晶态的调制在SbTe子层的一个或多个厚度消失。如图5和图7所示，在SbTe子层的厚度达到零调制，其中实线的高反射率曲线与记录标记的晶态的短虚线反射率曲线交叉。下面，讨论在42.5nm厚度的交叉点。在42.5nm厚度紧接着记录后的调制约为0.6。由图6可见，对于记录标记的非晶态，反射率-调制乘积R×M约为0.3。
与第一示例一样，在紧接着记录由AgInSbTe形成的标记后，由于采用高峰值功率P3的短脉冲的记录工艺而处于非晶态。反射率和调制值如图5(长虚线)和图6所示。通过施加具有较低峰值功率P1的长脉冲或恒定激光辐射，标记的状态从非晶态改变到晶态，导致如图5(短虚线)和图7所示的反射率和调制值。然后，通过施加具有平均峰值功率P2和脉冲频率高于数据的时钟频率的短脉冲，标记可以转换回到非晶态。作为选择，可以通过施加高转速的恒定激光功率而使用DC非晶化。
记录功率的条件如下：
P1＜P2＜P3
与上面对第一示范性结构的讨论一样，第一条件P1＜P2与已知的可重复写入介质相同。需要第二条件P2＜P3以避免记录子层R1、R2、R3的附加熔合。与第一示范性结构的相比，功率P2需要较高，这是因为晶态记录标记的反射率较高，而因此降低吸收。这意味着，对于非晶态与晶态之间的转化(反之亦然)，可以在未知信道数据(channel data)的情况下施加激光脉冲，但比之前的示例要更加严格地保持条件P2＜P3。
对于上面讨论的两个示例，会发生在标记之间的未记录区域中SbTe子层中材料的状态从非晶态(原始沉积的)变为部分晶态。然而，这会仅以非常有限的方式影响所产生的反射率和调制值。图8示出了平行束反射率相对于SbTe子层厚度的计算值。实线表示记录前的反射率，长虚线表示记录后(非晶态)的反射率，并且短虚线表示记录前但SbTe子层为晶态时的反射率。计算所用的层堆叠为表2所示的一个，即第一示范性结构。可以看到，对于两个示例描述的作用没有因这样的变化而受到抑制。短虚线与实线相比略微改变。特别是对于给出了最高调制的46nm的厚度，差别非常小。
根据本发明从光学记录介质1读取数据和/或在其上记录数据的设备20如图9示意性所示。激光二极管5由控制器6控制，发射线偏振光束2，该线偏振光束2由准直透镜7准直。准直的光束2通过偏振分束器8和四分之一波板9，该四分之一波板9在光束2由物镜10聚焦在光学记录介质1上之前将光束2变换为圆偏振光束2。光学记录介质1反射的光束11由物镜10准直，并且通过四分之一波板9，该四分之一波板9将反射的光束11变换为线偏振光束11。由于四分之一波板9，反射光束11的偏振方向与初始光束2的偏振方向垂直。因此，反射光束11被偏振分束器8朝着聚焦透镜12偏转，将反射光束11聚焦在检测器13上。第一测定电路16测定由检测器13获得的信号，以获得使用熔合标记所记录的数据信号。低通滤波器14将使用熔合材料的相变而记录的数据信号与使用熔合标记而记录的数据信号分开。第二测定电路15测定由低通滤波器14传输的信号，以获得采用熔合材料的相变而记录的数据信号。

Claims (3)

1.一种光学记录介质(1)，具有包括至少第一记录子层(R1)和第二记录子层(R2)的记录层(4)，其中所述至少第一记录子层(R1)和第二记录子层(R2)的材料适合于在记录光束的照射下形成熔合材料，且其中所述熔合材料是相变材料，其特征在于，所述光学记录介质(1)包括第一组数据和第二组数据，该第一组数据被编码为通过熔合所述至少第一记录子层(R1)和第二记录子层(R2)的材料而形成的一系列非熔合间隔和熔合标记(3)，该第二组数据叠加在所述第一组数据的熔合标记(3)上，该第二组数据被编码为该熔合标记(3)的该熔合材料的相变，
其中选择该至少第一记录子层(R1)和第二记录子层(R2)的材料，从而使得将该熔合材料的状态从非晶态转变为晶态所需的第一记录功率(P1)小于将该熔合材料的状态从晶态转变为非晶态所需的第二记录功率(P2)，且将该熔合材料的状态从晶态转变为非晶态所需的第二记录功率(P2)小于熔合该材料所需的第三记录功率(P3)。
2.根据权利要求1所述的光学记录介质(1)，其中该记录层(4)具有三个记录子层(R1、R2、R3)，该三个记录子层(R1、R2、R3)分别由AgInTe2、Ag和Sb70Te30组成。
3.根据权利要求1所述的光学记录介质(1)，其中该光学记录介质(1)包括由该熔合材料的相变编码的译码钥匙。
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