CN1082223C - 光学记录载体 - Google Patents

Abstract

介绍了一种具有基片(1)和叠层(3)的光学记录载体。叠层包括反射层(4)、干涉层(5)和记录层(6)。用箭头表示的入射辐射先入射到反射层上，再入射到记录层上。由于叠层采用这种结构，因而反射层已录制区与未录制区之间的反差高，且/或记录载体的反射率高。

Description

光学记录载体

本发明涉及一种光学记录载体。供借助于入射到记录载体入射面的辐射束写入和读出信息之用，该记录载体包括一个基片，基片上载有一叠层，该叠层由记录层、干涉层和反射层依次叠成。干涉层是产生光学干涉效应的层。

许多周知的光学记录载体，例如激光唱片(CD)、激光唱片只读存储器(CD-ROM)和激光电视唱片(LV)都由制造厂家在其上录制有信息，而只能由使用者读出这些信息。一种记录载体，可以在专用的写/读装置录制，而且也可用读出上述不能录制的记录载体所使用的同一种读出装置读出，这种记录载体在许多场合都可以使用。例如，给小批客户分配声频或数字数据形式的信息，在那种场合下使用正规的CD或CD-ROM制品就未免花费太大。然而，就读出能力来讲，这种已录制的记录载体应该能满足未录制记录载体同样的标准要求。这方面对CD来说就是初始反射率达70％或以上，反差达60％。初始反射率是记录载体未录制部分的反射率，反差则等于未录制部分与录制部分的反射率差除以初始反射率。我们知道，制造满足这些要求的可录制记录载体是有困难的。尤其是当记录层采用相变材料制造时，更是如此。这种材料受激光照射时，晶相发生变化，从而使材料的反射率发生变化。这种周知的相变材料，其反射率过低，以致不能轻易用在能与CD相适应的记录载体中。

从欧洲专利申请0352105中可以了解到本说明书开端所述的那种记录载体。这种可录制的记录载体包括一个基片，基片的一面是入射面，基片的另一面先是记录层，然后是干涉层，最后是反射层。入射到基片上的辐射束先入射到记录层上，然后再入射到干涉层和反射层上。换句话说，叠层的记录层面对着入射面。由于各层中的干涉作用，该叠层不仅提高了记录载体的反差，而且也提高了初始反射率。上述专利申请中所述的记录载体最佳实施例有一个由相变材料InSb制成的记录层，该记录载体的未录制和已录制部分的反射率分别为72％和38％，因而反差为47％。

上述专利的记录载体具有这样的缺点，其叠层的结构使得只有很少一部分其反射率和反差有所提高。其它写入或擦除性能往往更好的记录材料并不能以这叠层产生反射率和反差高到我们所希望的水平。我们希望提高记录载体的反差不仅是为了满足工业标准的各项要求，而且也是为了提高信噪比，从而提高记录载体的可读性。

本发明的目的是提供本说明书开端所述的那一种记录载体，这种记录载体可以采用多种类型的记录层，且不仅反差相当高，而且反射率也够高。本发明提供两种各具有具体实施例的新型记录载体。

第一种记录载体的特征在于，叠层的反射层面对着入射面，且反射层由金属或金属合金组成。若入射光先入射到反射层上再经干涉层入射到记录层，则需视具体实施方案才能确定记录载体的反射率和/或反差是否比上述专利记录载体都高。

这种记录载体其特征在于反射层的透射系数大于0.2的实施例，其反差有所提高。

根据本发明再一个记录载体的实施例，金属层制在介质的无机材料的基层上。已证明，这样一种基层可以生长厚度恒定的薄金属层。

第二种记录载体的特征在于，叠层的反射层面对着入射面，且反射层至少有三个介质层。种叠层结构由于反射层不吸收光能，因而反射率和反差都高。

上述两种记录载体的最佳实施例具有这样的特征：记录层上干涉层的对侧另设一干涉层和一反射层。由于额外增设了这两个薄层，反射率和反差都提高了。

该另一个反射层最好是金属，这样，通过该另一反射层的辐射量尽可能小，因而有尽可能大的辐射量可以利用来读出，同时记录载体的反射率达最大值。这样的单层反射层是不难形成的。

本发明的叠层结构特别适用于制造反射率和反差高的记录载体，其中记录层由相变材料组成。

该材料最好含Ge和Te的化合物。这种材料的好处是，录制性能令人满意，而且反射率和反差都高。

干涉层采用Ta₂O₅具有这样的好处，即干涉层可以用溅射法快速形成，成本低，且这种材料折射率高，传热系数低。后一种性能使记录层的录制只需要很小的功率。

若记录载体的入射面上还敷有抗反射涂层，则入射面上就再也没有反射损失。这样，叠层的反射率就比没有抗反射涂层的记录载体低，同时记录载体总的说来仍然还具有所要求的高反射率。由于叠层的反射率可以降低如此程度，因而有可能采用反射率低但录制性能令人满意的相变材料作为记录层，而迄今为止这样的材料都被认为是不能用的。

现在参看附图说明本发明的内容。附图中：

图1示出了本发明第一实施例的记录载体；

图2示出了图1记录载体的反射率作为反射层厚度的函数的关系曲线；

图3示出了额外设有另一反射层和另一干涉层的记录载体；

图4示出了本发明第二实施例的记录载体；

图5示出了本发明的记录载体；

图6示出有一基层的记录载体。

图1是本发明光学记录载体的剖面图。记录载体有一个基片1，该基片可以由例如塑料片或玻璃片制成。在例如美国专利3,876,842(PHN6.296)所述的可用以写入和/或读出记录载体的光扫描设备中所产生的辐射束通过记录载体的入射面2进入基片中。该辐射束在图中用箭头P示意表示。基片上的叠层包括反射层4、透明干涉层5和记录层6，并处在入射面的另一侧。记录载体叠层的一侧可敷上保护涂层7，保护涂层7可以用有机材料制成。记录层上以信息区的形式记录有信息，该信息区在光学性能上与周围的区域不同。这些区域的例如折射系数与周围区域的不同，因而其反射系数与周围区域的不同。

反射层4会反射入射辐射的一部分。反射层的反射系数在很大的程度上确定整个记录载体的反射系数。通过反射层的辐射经干涉层5入射到记录层6上。在干涉层5、记录层6和保护7之间的过渡层的反射辐射会产生相长干涉或相消干涉，这视乎各层的厚度和折射率而定。干涉层5与反射层4之间的过渡区会将部分为记录层所反射的辐射反射回记录层上。该辐射束又会干涉通过反射层4的光。这个双重干涉作用确定待读取的区域所产生的光学效应的放大作用。适当选取叠层3中各薄层的厚度和折射率可以使整个记录载体的反射率和各区域的光学反差达到所要求的数值。我们还可以反转各区域的反差，即，若记录层中没有毗邻层的区域其反射率低于周围的区域，则通过增设毗邻层可以使该区域的反射率比周围区域的高。反差的这种反转使我们有可能利用过去由于不能满足既定标准系统的各项要求而迄今被认为不能使用的记录层材料。

本发明的叠层特别适用于其中的记录层为相变材料的可录制记录载体。这种材料中的晶相可以通过辐射加热然后冷却的方法加以改变。例如，可以将结晶相改变为非结晶相，或将非结晶相改变为结晶相。由于各相的光学性能不同，因而借助于辐射束可以检测出晶相中变化的区域。下面就具有特别适用作记录材料的GeTe合金的记录载体说明本发明由相变材料组成的叠层的优点。

在此第一实例中的未录制GeTe的记录载体6系处于非结晶状态，用光录制时使记录层的区域形成结晶。记录层的厚度经最优化以使结晶态下的反射率和反差都高。这种直接在基片上形成的记录层其两种状态的反射率，即非结晶态和结晶态的反射率，分别为28％和56％。GeTe记录层可以埋置在其结构可从欧洲专利申请0352105了解到的叠层中，该叠层由Ta₂O₅干涉层和Au反射层组成。这种叠层中的金薄层其厚度为100纳米，因而它不透光。各层厚度经最优化之后，反射率分别为26％和58％。对各层进行最优化时应该考虑的是，最优化时用的光不应为平行光而应为聚焦光束。这种最优化特别是可从日本专利申请2-158932中了解到。

按照本发明，GeTe记录层系埋置在与上述已知叠层相反的叠层中。经最优化之后，本发明的叠层(如图1所示)，其Au反射层4厚19纳米，，其Ta₂O₅干涉层5厚184纳米，其记录层6厚23纳米。于是记录载体非结晶区域和结晶区域的反射率分别为28％和71％。尽管叠层的结构简单，记录载体却能满足本说明书开端所述的且对CD媒质提出的严格要求。

从图2中不难看出反射层对含有本发明叠层的记录媒体的光学性能的影响。图2示出了记录载体的反射率R作为金反射层厚度d的函数的关系曲线。该记录载体的结构如下：基片、金反射层、Ta₂O₅干涉层，它们的厚度使记录载体的反射率达最大值，此外还有21纳米厚的记录层。图中上面的一个用c表示的曲线表示记录层处于结晶的记录载体的反射率，下面的一个用a表示的曲线表示记录层处于非结晶态的记录载体的反射率。金薄层的厚度小时，结晶态下的反射率提高，而在非晶态下的反射率仍然相等，从而促使反差增加。金薄层厚度大于约25纳米时，非结晶态的反射率也开始增加，从而使两种状态下的反射率提高，反差减小。反差之所以减小是由于反射层因厚度增加而透射率下降所致。因此，在产生反差的记录层上入射的入射辐射减少。若采用本记录载体要求高的反差，则建议保持反射层的透射率在20％左右。然后用设在基片与厚干涉层之间的反射层测定该透射率。反射层的透射率高意味着金属层必须薄。这有另外一个好处，即该层的导热率不太大。导热率低，则加到记录层的热量就不会散发得太快，因而在写入过程中只需要较小的功率就可以充分加热记录层，这方面特别是可从美国专利4,984,231了解到。

要进一步提高记录载体的反差和反射率可以令通过记录层的辐射再次反射来达到。如果没有这个额外的反射，通过记录层的辐射就损失掉。图5示出了实现这一构思的记录载体。从基片1看起，叠层3依次包括反射层4、干涉层5、记录层6、另一干涉层8和另一反射层9。辐射通过入射面2进入记录载体。薄层8和9反射通过记录层6的光。除反射率提高外，增设该两个薄层还具有这样的好处，即叠层设计的自由度增加了，从而也使例如叠层的热性能最优化了。现在就本发明的第二实例说明该两个附加层对记录载体反射率的影响，该实例中的记录载体，其记录层为GeTe，在未录制状态下为非晶态。这种埋置在图1中所示的叠层中且经过最优化以便在非晶态下能具有高反射率和高反差的记录层能得出非晶态和结晶态下的反射率分别为65％和27％的记录载体。若加上另一干涉层8和反射层9，则经最优化之后可得出如下的叠层结构：18纳米的Au反射层4，150纳米的Ta₂O₅干涉层5，20纳米的GeTe记录层6，185纳米的Ta₂O₅干涉层8和100纳米的Au反射层9。在非晶态和晶态下的反射率分别为70％和12％。在本实例中，金用作另一反射层的材料，因为这种材料的反射系数高。若如此令人满意的导热层构成了记录层过大的热负荷，则另一反射层可以采用导热率低的金属合金或介质反射体。另一做法可以用有机材料制造全部或部分干涉层，由此降低一个或多个干涉层的导热性，从而减小热负荷。

图4示出了本发明的第二种记录载体。在该记录载体中，图1的金属反射层用图中以编号10、11和12表示的三个介质层组成的介质反射体代替。这三个层各个的光学厚度约为光波长的四分之一。这里记录层6仍然可以采用相变材料GeTe。在第三实例中，薄层3经最优化之后其GeTe非晶态的反射率高，反差最大。这时叠层的结构如下：介质层10为95纳米的Ta₂O₅，介质11为141纳米的SiO₂，介质层12为95纳米的Ta₂O₅，干涉层5为50纳米的SiO₂，记录层6为20纳米的GeTe，介质层8为190纳米的Ta₂O₅。保护涂层7在本实例中还起反射层的作用。介质层8确保薄层6与8之间的过渡区的折射系数达到所要求的变化，保护涂层7则在记录层录制的过程中起过热保护的作用。对记录载体测定的结果表明，记录载体非晶态的反射率为67％，晶态的反射率为28％。介质反射体的导热系数比金属反射体小，因而录制层6所需的功率较小。若介质反射体由三个薄层组成，则可以达到与图1带金属反射体4的记录载体同样的反射率和反差。

基片1采用注塑塑料时，可以在叠层一侧的基片以例如供跟踪辐射束用的凹痕或径迹的形式提供信息。若基片是玻璃制成的，则提供该信息的方式更简单，只要在基片与叠层之间的清漆层上提供即可。这种清漆层的折射系数大致上与基片的相同，因此基片基本上无需因清漆层的存在而要加以改造。显然，即使叠层有介质反射体，清漆层也不会成为叠层的一部分，因为清漆层的折射系数始终是低的，而介质反射体的第一层其折射系数始终是高的。

在基片上生长薄金属层并不都导致厚度均匀的层，因为许多金属，其中有金，往往容易在生长工序起始时形成小岛。对于生长在所说清漆层上的薄金属而言，厚度的这种不均匀性特别显著。在介质的无机材料制成的基层处生长该金属层，可以抑制这种不均匀性的趋势。这种材料最好用氧化物、氮化物或硫化物，例如Ta₂O₅、AlN、SiO₂或ZnS。图6示出有一基层的记录载体。基片1具有一清漆层13，其中压刻了跟踪信息。清漆层顶上的叠层包括一基层14，一金属反射层4、一干涉层5、一记录层6和一保护涂层7。这种基层也可以用在不具有清漆层的记录载体中。这种基层的其他优点是，它能通过选择该基层的折率和厚度的适宜数值，使用以获得记录载体的具体反射，它能通过用钝化层密封金属保护金属反射层而不致因基片的沾污物质的扩散引起的劣化。

在上述诸实例中，供辐射照射的入射面都处在基片1与叠层3不同的一侧。当然也可以令辐射不先通过基片而使其直接入射到叠层上。这时这种记录载体的入射面2(如图5中所示)成了反射层4的上侧。与图1、3和4中所示的记录载体相比，叠层各层的顺序反了。

入射面2不仅反射部分出射辐射，也反射部分入射辐射。采用玻璃或塑料基片时，聚焦的辐射束中大约损失8％的辐射。在入射面上涂上抗反射层可以将损失减小到1％以下。因此录制时可以使用更多的辐射，且在读出过程中，返回来的辐射量更多。结果，要满足记录载体同样的反射要求时，记录载体中设有抗反射层的叠层其反射率比没有抗反射层的记录载体的低。若图4有GeTe记录层的记录载体上设抗反射涂层，则记录载体的反射率可以满足CD的各项要求。

在上述诸实例中，不同的介质层都由Ta₂O₅制成。这些介质层的好处在所有光学记录载体，特别是在需要热来录制记录层的光学记录载体中体现出来。

在所举的诸实例中，相变材料都采用GeTe，显然，本发明的记录载体中也可以采用GeTe含例如Sb的合金或其它相变材料，例如含In、Sb、Se、Sn和/或Ga的合金。一般说来，本发明可用于在录制过程中其折射系数变化的任何记录材料的记录载体。这些材料可以是象染料或金属合金之类的一次录制材料，和可以再录制的材料。本发明还可用于含借助于辐射束写入和读出的磁性材料记录层的磁光记录载体。

Claims (10)

1.一种光学记录载体，供借助于入射到记录载体入射面的辐射束写入和读出信息之用，该记录载体有一个基片，基片上载有一叠层，该叠层由记录层、无机电介质材料的干涉层和反射层依次叠层，其特征在于，叠层的反射层面对着入射面，且反射层由金属或金属合金组成。

2.如权利要求1所述的光学记录载体，其特征在于，反射层的透射系数大于0.2。

3.如权利要求1或2的光学记录载体，其特征在于，该叠层包含基层，这基层在基片和反射层之间，基层是由介质的无机材料制成。

4.一种光学记录载体，供借助于入射到记录载体入射面的辐射束写入和读出信息之用，该记录载体有一个基片，基片上载有一叠层，该叠层由记录层、无机电介质材料的干涉层和反射层依次叠成，其特征在于，叠层的反射层面对着入射面，且反射层至少有三个介质层。

5.如权利要求1或4中所述的光学记录载体，其特征在于，记录层上干涉层的对侧另设一干涉层和一反射层。

6.如权利要求5所述的光学记录载体，其特征在于，该另一反射层包括金属或金属合金。

7.如权利要求1或4所述的光学记录载体，其特征在于，记录层包括相变材料。

8.如权利要求7所述的光学记录载体，其特征在于，所述相变材料包括锗和碲的合金。

9.如权利要求1或4所述的光学记录载体，其特征在于，其中至少有一个干涉层包括氧化钽。

10.如权利要求1或4所述的光学记录载体，其特征在于，入射面上敷有抗反射涂层。

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