CN1152169A - 多层光盘 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多层光盘，其中，第一和第二信息存储层在一基片上顺序地成膜，记录在第一和第二信息存储层的信息通过由基片一侧照射的读取光被再现，第一和第二信息存储层可通过第一读取光和波长小于第一读取光的第二读取光再现，并且第一信息存储层由这样的材料制成，其折射率n和衰减系数k在第一读取光波长区域满足下列条件：0≤k≤0.25，n＝α-k+2.8(这里α为一常数且0.15≤α≤0.45)。

Description

多层光盘
本发明涉及一种多层光盘，其中用于存储信息的信息存储层以多层的形式构成，该光盘通过改变读取光的焦点可以由每一信息存储层再现信息从而能够处理大量的信息。本发明尤其涉及旨在保留对具有不同波长的两种类型的读取光的兼容性的改进。
最近，随着所谓的多媒体的发现，强烈需要存储诸如数字动画的大量的信息，并在需要的时候对其进行随机存取和再现。
光盘，例如CD等，是一种具有能完成随机存取，容量大和可移动等特性的信息存储媒介。虽然光盘广泛地应用在不同领域，由于上述的必要性，需要在盘的一个表面处理比传统类型的盘更多的信息。
鉴于以上情况，提出了一种用于存储信息的信息存储层以多层的形式在厚度方向上叠置的光盘，以扩大光盘的容量。这种多层光盘使信息存储层以多层的形式构成，从而极大地增加了可从光盘的一表面读出的信息量。同时，通过基于每一信息存储层改变读出光的焦点，可以在不丧失随机存取功能的情况下处理大量信息。
下面是有关多层盘的典型报告：
(1)一种通过改变焦点再现多层光盘的概念(美国专利NO.3946367)；
(2)一种通过使用一种多层光盘，利用透射光或反射光的读出的方法，该种光盘具有在一基片的一表面上多层叠置的信息存储层(美国专利NO.4219704)；和
(3)一种具有光学系统中的像差校正功能的多层光盘的再现系统(美国专利NO.5202875)。
下面的文献给出了多层光盘的实际结构：
(1)一种专用的再现双层光盘(W.Imaio，H.J.Rosen，K.A.Rubin，T.S.Strand和M.E.Best，Proc.SPIE Vol.2338，Optical Data Storage，Dana Point，1994 PP.254-259)；和
(2)一种一次写入型双层光盘(K.A.Rubin，H.J.Rosen，W.W.Tang，W.Imaio，和T.S.Strand，Proc.SPIE Vol.2388，Optical DataStorage，Dana Point，1994 PP.247-253)。
在上述的所有光盘中，光盘以这样的方式来设计，信息存储层具有多层结构，具有高光透射率的透明材料，例如介质膜或染料，用作靠近基片(第一信息存储层)的一记录层的构成材料，由第一信息存储层的反射率R1几乎与由第二信息存储层的最终反射率T1 2R2相等。这里，R1是第一信息存储层的反射率，T1是第一信息存储层的透射率，R2为第二信息存储层的反射率。
多层光盘的再现性能主要根据形成在读取光的入射侧的第一信息存储层的反射率和透射率确定。但是，这些项目依赖于用于第一信息存储层的透明膜材料的光谱特性(折射率n和衰减系数k)，及其膜厚度。
但是，一般情况下，诸如折射率n，衰减系数k等光学常量依赖于波长。因此，提供优化再现条件的透明膜，或诸如膜厚等的盘结构的选取根据所用读取光(例如半导体激光)的波长而改变。这样，例如在调节为波长为635nm的读取光的多层光盘的情况下，再现不总是在正确的条件下完成，并且必须准备一独立调节为其他波长(例如480nm)的读取光的盘。从而，在所谓的兼容性方面存在缺陷等。
特别地，由于在使光盘容量增大方面，缩短读取光的波长是必不可少的技术内容，因此非常有必要解决上述兼容问题。
因此本发明的一个目的是提供一种多层光盘，即使读取光的波长在再现时被改变，由第一信息存储层和第二信息存储层出来的再现信号仍均具有足够的强度。
本发明的发明人已进行了长时间的研究以获得上述目的。作为结果，发现通过设定第一信息存储层在第一读取光波长情况下的光谱特性(折射率n和衰减系数k)至一正确的范围，各层在第二读取光波长情况下的反射率可以基本彼此相等。而且，具有一实际反射系数的多层光盘可以被完成。相应地，可以完成本发明。
即，本发明的特征是这样的一种光盘，其第一信息存储层和第二信息存储层在一基片上顺序地成膜(film-formed)，记录在第一信息存储层和第二信息存储层的信息通过由基片一侧发出的读取光被再现。
其中第一信息存储层和第二信息存储层可通过第一读取光和波长小于第一读取光的第二读取光再现，并且
其中第一信息存储层由这样的材料制成，其折射率n和衰减系数k在第一读取光波长区域值满足下列条件：
0≤k≤0.25
n＝α－k＋2.8
(这里α为一常数且0.15≤α≤0.45)
图1中的斜线区域表示了上述条件，其中折射率n和衰减系数k分别被表示在横轴和纵轴上。
通过选取满足上述条件的形成第一信息存储层的透明膜材料，膜可以这样构成，其中第一信息存储层和第二信息存储层的反射率在两读取光波长时，例如635nm和480nm，均足够地大。可以任意地通过改变焦点的方法在第一信息存储层和第二信息存储层间切换再现信息，即，可以实现具有两波长兼容性的大容量多层光盘。
但是，如果第一信息存储层的光谱特性在第二读取光波长时的变化太大，可获得上述兼容性的区域将变窄，并且最终消失。因此，第一信息存储层在第一读取光波长和第二读取光波长时的衰减系数之差Δk最好等于或小于0.3。
满足上述条件的透明膜材料有，例如包括氢及至少氮和氧其中之一的硅系材料，如Si-N-H，Si-O-H，Si-N-O-H等。
根据本发明的多层光盘以这样的方式构成；在基片上顺序地以膜形成满足上述条件的第一信息存储层和第二信息存储层。这里，各个信息存储层的膜厚度是任意的。但是，为保持两波长兼容性，第一信息存储层的膜厚度最好在40nm至60nm。
在具有上述结构的多层光盘中，最好在第一信息存储层和第二信息存储层之间安置一隔离层，以确定地分开各信息存储层中的焦点。同时，该隔离层最好由光透明材料制成，且其厚度等于或大于30μm。
在本发明中，可以任意地设置第一读取光的波长和第二读取光的波长。但是，第一读取光的波长在应用中选在630nm和690nm之间，例如635nm。另一方面，第二读取光采用比第一读取光波长短的波长，被选在450nm和630nm之间，例如480nm。
按照具有上述结构的本发明，由第一信息存储层和第二信息存储层的反射系数可以被制作得彼此基本相等，并且实际上也可做得到。作为结果，可以完成具有对两波长读取光的兼容性的多层光盘。
本发明的进一步的目的和优点将通过对附图所示的本发明的优选实施例的描述显现出来。
图1是表示第一信息存储层的折射率n和衰减系数k的正确选择区域的特和图；
图2是应用本发明的多层光盘的一结构示例的主要部分的截面示意图；
图3是应用本发明的多层光盘的另一结构示例的主要部分的截面示意图；
图4是表示由各信息存储层的反射光的示意图；
图5A是表示波长635nm时反射系数R1，R2和Ru的特征曲线图(其中在波长为635nm时的折射率n＝3.18，衰减系数k＝0.04)；
图5B是表示波长为480nm时R1，R2和Ru的特征曲线图(其中在波长为480nm时的n＝3.32，k＝0.18)；
图6A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.95，k＝0.22)；
图6B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时n＝3.28，k＝0.33)；
图7A是表示波长为635n m情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.91，k＝0.06)；
图8A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.18，k＝0.17)；
图8B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时n＝3.4，k＝0.26)；
图9A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.81，k＝0.24)；
图9B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时n＝3.1，k＝0.43)；
图10A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.96，k＝0.02)；
图10B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时n＝3.22，k＝0.19)；
图11A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.98，k＝0.24)；
图11B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.31，k＝0.38)；
图12A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.90，k＝0.12)；
图12B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.28，k＝0.28)；
图13A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.82，k＝0.14)；
图14A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.05，k＝0.02)；
图14B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时n＝3.35，k＝0.16)；
图15A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.90，k＝0.05)；
图16A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.01，k＝0.04)；
图16B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.28，k＝0.17)；
图17A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.24，k＝0.05)；
图17B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.43，k＝0.17)；
图18A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.08，k＝0.15)；
图18B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时n＝3.38，k＝0.27)；
图19A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.21，k＝0.11)；
图19B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.42，k＝0.26)；
图20A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.08，k＝0.18)；
图20B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.4，k＝0.3)；
图21A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.05，k＝0.12)；
图21B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.33，k＝0.25)；
图22A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.90，k＝0.16)；
图22B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.25，k＝0.29)；
图23A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.10，k＝0.14)；
图23B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.35，k＝0.26)；
图24A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝2.85，k＝0.22)；
图24B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.15，k＝0.35)；
图25A是表示波长为635nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为635nm时n＝3.17，k＝0.145)；
图25B是表示波长为480nm情况下R1，R2和Ru的特征曲线图(这里，波长为480nm时的n＝3.45，k＝0.3)；
下面将结合附图详细说明应用本发明的多层光盘的例子的实际结构。如图2所示，根据本发明的多层光盘这样来构成：顺序地在一基片1上以膜的形式形成用于再现的第一信息存储层2，隔离层3和用于再现的第二信息存储层4。此外，形成一由经紫外光固化处理的树脂等制成的保护层5以将其覆盖。
基片1可由玻璃或高聚合塑料，例如聚碳酸酯等，制成。第一信息在玻璃基片情况下通过2P法(光聚合作用)等而在诸如聚碳酸酯等的高聚合塑料的情况下则通过注模法等以凹凸槽的方式被记录。
第一信息存储层2以膜的形式通过使用真空蒸发法或溅射法等以给定的膜厚度被形成在基片1的凹凸槽上，并被定为专用的再现层。
接着，隔离层3被形成于其上。隔离层3的厚度最好等于或大于30μm。这样，隔离层3可通过例如运用旋转涂法涂以经紫外光处理固化的树脂的方法而形成。
而第二信息通过例如2P法等的办法以凹凸槽的形式被记录在隔离层的一表面。接着在其上以膜的形式形成第二信息存储层4。在本实施例中，由于第二信息存储层4也被定义为专用再现层，所以一厚度为100nm的铝膜被形成。如果其他材料在所用波长范围具有足够的反射率，也可以用作第二信息存储层4的构成材料。此外，膜厚度不限于100nm。另外，通过使用以磁光材料，变相材料等为代表的可重写材料或一次写材料可对第二信息存储层4加上记录功能。
在本实施例中用层叠技术形成不同的信息存储层。也可以例如将其上形成有不同信息层的两片基片附着在一起以构成多层光盘。
图3表示了由两基片彼此附着而构成的多层光盘。第一信息和第二信息通过注模法等分别以凹凸槽的形式被记录在由诸如玻璃或聚碳酸脂等高聚合塑料制成的第一基片11和第二基片12上。
诸如SiN，SiO2等的透明膜通过蒸发和溅射等方法形成在第一基片的凹凸槽上，从而形成第一信息存储层12。
在第二基片的凹凸槽上形成Al蒸发膜，以形成第二信息存储层14。
其上形成第一信息存储层12的第一基片11和其上形成第二信息存储层14的第二基片13通过一透明层15彼此接合。透明层15例如可以这样来形成：将紫外光固化型透明树脂-它是光固化型透明树脂-加入两基片之间，挤压两基片并在第一透明基片11一侧照射紫外光。
在具有上述结构的多层光盘中，为了从一个信息存储层的一表面读出两个信息存储层的信息，当读取光由所述一个信息层的一表面照射时由第一信息存储层2和第二信息存储层4来的信号必须足够大。换言之，这意味着由图4所示的第一信息存储层2的反射率R1和第二信息存储层4的反射率R2应足够大。反射率最好大于或等于20％而小于或等于40％以获得正确的再现信号。
由于必须调节信号量以使它们在再现信息时均匀，这样使电路结构变得复杂，因此由第一信息存储层2和第二信息存储层4来的信号量最好不要有很大差别。
因此，第一信息存储层2的反射率R1和第二信息存储层4的反射率R2之间的差必须很小。例如，如果按下式定义Ru，Ru的值最好等于或小于0.2以获得正确的再现信号。 R U = 2 ( R 1 ) - ( R 2 ) ( R 1 ) + ( R 2 )
本发明的发明人注意到用于第一信息存储层2的材料对上述为形成能在波长635nm和480nm两种情况下满足上述条件的多层光盘的条件有很大的影响。他们检验了不同的具有不同折射率n和不同衰减系数k的材料，并得出如下结论。
(1)折射率n和衰减系数k被限定为满足在波长为635nm和480nm都运行为多层光盘的条件。在波长为635nm时的限制条件为n＝α－k＋2.8(α为常数)。然而，这被限制在由0.1 5≤α≤0.45和0≤k≤0.25所表示的区域(如图1所示)。
但是，考虑到可容许的膜厚度范围，α最好在0.25≤α≤0.35范围之内。
(2)折射率n和衰减系数k在两波长之间的变化量最好很小。尤其是，衰减系数k的变化量Δk最好为0.3或更小。
顺便提及，材料的折射率n和衰减系数k依赖于形成时的条件(成膜条件，例如溅射时的气压，溅射速度等)。这些数值也可通过加入其他成分加以调节。
有数种材料可以满足波长为635nm时的上述条件。表1给出了这些材料在波长为635nm和480nm时的折射率n和衰减系数k，表中列出了调整作读取光波长为635nm的多层光盘的氧化铜(Cu-O)，硅(Si)，氮化硅(Si-N)，加氢氮化硅(Si-N-H)或加氢氧化硅(Si-O-H)，和当构成具有上述结构的多层光盘时的反射率R1，R2和Ru的值。
                                            表1
材料   膜厚(nm)                   635nm                       480nm Δk
  n   k   R1   R2   RU    n    k    R1    R2  RU
Cu-O    58  2.98  0.11   30   32  0.06  3.10  0.44    16    16  0.01  0.33
Si    15  4.20  0.40   27   27  0  4.49  1.28    36    7  1＜  0.88
Si-N    60  2.95  0.16   28   30  0.07  3.00  0.51    13    12  0.08  0.35
Si-O-H    51  3.01  0.02   34   36  0.08  3.42  0.22    25    25  0.01  0.20
Si-N-H(1)    54  3.01  0.04   33   34  0.05  3.30  0.34    20    20  0.01  0.30
Si-N-H(2)    50  3.05  0.02   35   35  0.01  3.35  0.16    28    28  0.01  0.14
表1列出的所有物质都能充分获得第一信息存储层2和第二信息存储层4在波长为635nm时的反射率。而且，第一信息存储层2和第二信息存储层4的反射率之间的差也足够地小。即，可理解为，如果使用表1中描述的物质，可以构成读取光波长为635nm的多层光盘。
但是，当在相同的膜厚度下构成相同的材料时，在使用波长为480nm的读取光的情况下，并不能总是得到正确的信号性能，上述条件中的一部分不能被满足。
例如，在使用氧化铜情况下，当使用波长635nm时，R1为30％，R2为32％，而Ru为0.06，它们足够地小。因而可以构成多层光盘。另一方面，虽然两个信息存储层的反射率在波长为480nm范围内均匀，但这两反射率太低，只有16％。这样，这种材料不适合用于多层光盘。
在使用Si的情况下，可以在波长为635nm的区域构成多层光盘。但是，当在波长为480nm时使用同样的Si结构的情况下，两个信息存储层的反射率之间的差变大。这样，发现这种材料不适合用于多层光盘。
与此不同，加氢氧化硅(Si-O-H)和加氢氮化硅(Si-N-H；表中(1)和(2)中的加氢量不同)均能符合多层光盘在波长为635nm和480nm时的特性。而且，可以完成能处理在第一信息存储层2和第二信息存储层4的大容量的光盘，而且可在两种类型波长情况下保持兼容性。
而在加氢氮化硅的情况下，加氢的数量，膜的形成条件等被改变。具有不同折射率n和衰减系数k的第一信息存储层2以膜的形式构成，这样可以测量在波长为635nm和480nm两种情况下R1，R2和Ru随膜厚度的依赖关系。
测量结果示于图5至图25之中。各图中的图A表示在波长为635nm时测得的膜厚度依赖关系的结果，而图B表示波长为480nm时的测量结果。Ru，R1和R2分别由实线、虚线和断线表示。图中的横轴表示层的膜厚度(nm)，纵轴表示反射率R1和R2，及比率Ru。顺便提起，在不存在使Ru的值在波长为635nm时等于或小于0.2的膜厚度区域的情况下图B被略去。
图5至25所示的每次测量是在相应于图1给出的每一点的条件下完成的。即，在以折射率n和衰减系数k为座标绘出的位于图1所示斜线区域的每一点，第一信息存储层具有在具有635nm和480nm读取光波长的两种情况下都满足这些要求的公共叠合区：第一信息存储层2的反射率R1等于或大于20％，第二信息存储层4的反射率R2等于或大于20％，而Ru等于或小于0.2。
作为结果，可以构造在两波长635nm和480nm之间具有兼容性的多层光盘。
相反，对于图1中斜线区域之外的样品，不存在相对于具有635nm和480nm波长的读取光的叠合区域。因此，不能实现具有两波长兼容性的多层光盘。
在任何样品中，具有两波长之间的兼容性的条件被限制为这样的情况：第一信息存储层2的膜厚度接近于50nm。为此，可理解为第一信息存储层2的厚度最好在40nm至60nm范围内。
本发明的许多不同的实施例可在本发明的精神和范围内得以完成。应该理解为，本发明不被限定于说明书描述的实施例，而被限定于所附权利要求书。

Claims (6)

1.一种多层光盘，其中第一信息存层和第二信息存储层在一基片上顺序地成膜，记录在第一信息存储层和第二信息存储层的信息通过由基片一侧照射的读取光被再现，其中所述第一信息存储层和所述第二信息存储层可通过第一读取光和波长小于第一读取光的第二读取光再现，并且，其中第一信息存储层由这样的材料制成，其折射率n和衰减系数k在第一读取光波长区域满足下列条件：
0≤k≤0.25
n＝α－k＋2.8
(这里α为一常数且0.15≤α≤0.45)
2.一种按照权利要求1的多层光盘，其中第一信息存储层在第一读取光波长区域的衰减系数与在第二读取光波长区域的衰减系数之差Δk小于或等于0.3。
3.一种按照权利要求1的多层光盘，其中第一读取光的波长区域在630nm和690nm之间。
4.一种按照权利要求1的多层光盘，其中第一信息存储层由具有氢和至少氮和氧之一的硅系材料制成。
5.一种按照权利要求1的多层光盘，其中第一信息存储层的膜厚度在40nm和60nm之间。
6.一种按照权利要求1的多层光盘，其中在第一信息存储层和第二信息存储层之间形成一隔离层。
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