CN1180224A - 光记录介质 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光记录介质。在该光记录介质中包括一个具有预纹道的基片,以及顺序堆叠在基片上的一个金属记录层、一个缓冲层、一个反射层和一个保护层,其中缓冲层由对于600～800nm的激光束具有低光吸收的一种有机材料制成,使得光吸收(k)在650nm处小于或等于1.0,并且在780nm处小于或等于0.1。所以,光记录介质能够与一张光盘(CD)兼容并且在大于600nm的波长处具有高反射率。

Description

光记录介质
本发明涉及一种光记录介质，尤其涉及一种与光盘(CD)兼容并且在波长大于600nm处具有高反射率的光记录介质，信息能够记录在这种光记录介质中，并且通过数字多用盘播放器(DVDP)和CD盘播放器(CDP)从光记录介质中再现。
光记录介质的每个记录单位的记录面积比传统磁记录介质的每个记录单位的记录面积小，使得光记录介质用作一种高密度记录介质。光记录介质分为：只能再现已经记录的信息的只读存储(ROM)型，只可记录一次并可读取多次的写一次读多次(WORM)型，以及可记录、可擦除和可重写的可重写型。记录在光记录介质中的信息，可以通过一个用于ROM型介质的播放器再现。始终，这种光记录介质必须满足传统的标准化规则(红皮书(RED BOOK))，因此要求65％或更高的反射率以及47dB或更高的载波噪声比(CNR)。
在一种可记录光记录介质中，基于反射率的变化能够再现出来记录的信息，这种反射率的变化是由于记录前后记录层中的物理变性、相位变化或磁特性变化造成的。并且，为了制造这种与CD兼容的光记录介质，除了要求以上的高反射率和CNR特性以外，还要求长期数据存储特性和高记录密度。为了提高该光记录介质的性能以及简化其制造工艺，建议使用各种材料制成的各种光记录介质，并且其中的一部分正在实际使用。
作为一种传统的光记录介质，日本公开专利公报No.Showha 63-268142公开了一种记录介质，其结构为：由明胶、酪素或聚乙烯醇(PVA)构成的敏感层，以及由铬(Cr)、镍(Ni)或金(Au)构成的作为一个记录层的金属薄片顺序堆叠在基片上。根据该记录介质的光记录原理，金属薄片吸收被照射的激光束的热量，并且这样敏感层和金属薄片变形以形成一个记录坑(recording pit)。然而，这种记录介质的记录坑是暴露的，使得难以长期存储记录的信息。
美国专利No.4,983,440公开了一种记录介质，其结构为：作为一个记录层的两个金属薄片，以及一个用于保护记录层的保护层顺序堆叠在基片上。然而，这种记录介质具有大约20％的极低的反射率并且要求一个实用的大功率光源。另外，该记录介质不能与传统的CD兼容。
根据美国专利No.5,328,813，作为记录层的一个金属薄片形成于一个基片上，并且一个硬金属氧化物层形成于金属薄片上，以增加信息存储性能和反射率达到40～69％。然而，它的CNR还是低。
另外，美国专利No.5,155,723公开了一种记录介质，其结构为：作为记录层的一种有机染料层堆叠在基片上，并且反射层和保护层堆叠在记录层上。根据这种记录介质，染料层吸收用于记录的记录激光束以放射热量。并且，基片被加热以及由于加热而变形，使得基于根据记录的反射率的差异能够再理记录的信号。这里，记录介质的反射率为70％或更大，并且记录以后的CNR为47dB或更大，以与CD兼容。然而，这种记录介质的记录层具有低抗热性和抗光性，并且其造价由于昂贵的有机染料而较高。并且，在制造过程中通过有机染料的扩散进行旋转覆盖。然而，由于反射率与覆盖层的厚度有关，因此在光盘制造过程中必须以±3％或更小的偏差精确控制覆盖层的厚度。并且，要求有贵重的设备，而且生产率也很低。
本发明的一个目的是提供一种光记录介质，在780nm处具有65％或更高反射率以与光盘(CD)兼容，在630～660nm处具有40％或更高的反射率，以及47dB或更高的载波噪声比(CNR)使得可用数字多用盘播放器(DVDP)再现。
为了达到该目的，提供了一种光记录介质包括：一个具有预纹道(pregroove)的基片；以及顺序堆叠在该基片上的一个金属记录层、一个缓冲层和一个反射层，其中缓冲层由对于600～800nm的激光束具有低光吸收的一种有机材料制成，使得光吸收(复数折射率(n-ki)的虚部的系数k)在650nm处小于或等于1.0，并且在780nm处小于或等于0.1。
理想地，该缓冲层的有机材料的折射率(复数折射率的实部的系数n)大于或等于1.7，该缓冲层的有机材料的热分解温度为100～300℃，并且热分解温度与熔化温度之差小于或等于80℃。
以下，现将参考附图描述根据本发明的光记录介质。
通过参考附图详述一个理想的实施例，本发明以上的目的和优点将会更清楚，其中：
图1是剖面图，显示根据本发明的一个理想实施例的一种光盘的结构；
图2是剖面图，显示形成于图1的光盘中的一个记录部分和一个非记录部分；
图3是一个曲线图，显示反射率相对于图1的光盘的缓冲层厚度的变化；以及
图4是一个曲线图，显示CNR相对于在图1的光盘中的记录功率的变化。
参考显示根据本发明的一个理想实施例的一种光记录介质的结构的图1，该光记录介质包括一个基片10，以及顺序堆叠在基片10上的一个金属记录层20、一个缓冲层30、一个反射层40和一个保护层50。
在具有以上结构的这种光记录介质中，在光记录过程中金属记录层20被一激光束加热，并且热量被传到基片10和缓冲层30。与金属记录层20的被加热区域相邻的基片10的一个区域膨胀并且变形，并且由于基片的膨胀力，金属记录层20的被加热区域向着缓冲层30膨胀。
图2是一个剖面图，详细显示了一个记录部分和一个非记录部分，它们形成于根据本发明的光记录介质中。如图2所示，在记录部分，金属记录层通过吸收激光束而产生热量，热量使基片膨胀以及缓冲层变形，使得反射层可能也变形。这里，变形的程度与从金属记录层产生的热量成比例，并且与金属记录层及缓冲层的成分和厚度有关。
在本发明的光记录介质中，记录部分的反射率低于非记录部分的反射率，造成记录部分和非记录部分之间的反射率差，其中该反射率差使得记录和再现成为可能。这里，由于以下原理，记录部分的反射率低于非记录部分的反射率。
首先，记录部分中的较低反射率归因于缓冲层厚度的变化引起的法布里-珀罗效应。即，如果基片10由于记录激光而膨胀，缓冲层30的厚度就由记录之前的d1变薄到记录之后的d2。这里，如图3中所示，反射率随缓冲层的厚度而变化，使得记录部分的反射率降低。并且，该降低的反射率与金属层的厚度有关。
第二，初始缓冲层厚度d1被优化用于该缓冲层的复数折射率n-ki以具有最大反射率。如果金属薄片20的一部分由于吸收了照射的记录光而被加热，该部分的温度就急剧升高。结果，该缓冲层30的材料被热破坏并且其光学特性变为n’-k’i，造成非记录部分和记录部分之间的光路的不同。这样，记录部分的反射率降低。
第三，由于在从基片的预纹道反射的反射光Rg和从纹脊(land side)反射的反射光R1之间的相消干涉，记录部分的反射率降低。参考图2，初始预纹道深度dg1足以造成反射光Rg和反射光R1之间的相长干涉。然而，在使用记录激光记录以后，基片10和金属记录层20向缓冲层30膨胀，使得基片的预纹道深度减小至dg2。结果，该预纹道的深度减小了，由此造成反射光Rg和R1之间的相消干涉。这样，在光照射以后，在记录部分发生相消干涉以减小反射率，而在非记录部分发生相长干涉。
为了利用以上现象获得高的CNR，缓冲层的厚度和材料必须适当地优化。即，作为一个形成记录坑(基片的变形)的源头，由于吸收激光束而产生热量的现象主要是对金属记录层负责。这样，缓冲层由在适用的波长处具有低吸收的材料制成以减少由缓冲层产生的热量。结果，缓冲层能够容易地变形，并且能够获得高的反射率。
最后，用于缓冲层的材料应该具有大于或等于1.7的复数折射率的实部的系数n，以增大记录前后的反射率差(这里，折射率意味着由“n-ki”表示的复数折射率。其中n是实部的系数并且k是的虚部的系数，并且在没有吸收的波长处k＝0)。并且，理想地，用于缓冲层材料的热分解温度为100～300℃，并且热分解温度与熔化温度之差小于或等于80℃。在吸收方面，理想地，用于缓冲层的材料在激光束的600～800nm波长处具有低吸收(k)，使得光吸收(k)在650nm处小于或等于1.0，并且在780nm处小于或等于0.1。如果热分解温度与熔化温度之差超过80℃，缓冲层就容易熔化而损坏记录部分的纹脊，由此使光信号的性能恶化。
以下，将详细描述根据本发明的光记录介质的每种成分。
在本发明中，基片10由这样一种材料组成，该材料对激光束是透明的，并且能够易于膨胀，并且在80～200℃会变形、并且有很好的高密度。作为满足以上条件的材料，聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环氧树脂、聚酯或非晶聚烯烃(polyolefin)可以被使用。最好使用具有100～200℃的玻璃化转变温度的材料。并且形成用于在记录或再现过程中引导入射激光束的预纹道，并且预纹道的深度最好为50～300nm。如果预纹道的深度小于50m，记录以后由于基片的膨胀使反射率大大增加，使得大量噪声引入到记录信号内。相反，如果预纹道的深度超过300nm，缓冲层的纹道象(groove image)太深，由此降低了反射率。并且难以通过旋转覆盖获得一个具有平滑表面的缓冲层。
金属记录层20作为一个通过吸收激光束的热量产生层，也作为用于提供记录前后的对比差的一个部分反射镜。在记录层金属的光特性中，理想地，该金属具有0.01或更大的复数折射率虚部的系数k。如果系数k小于0.01，在记录过程中光吸收就低，使得记录部分较少变形，由此降低了记录的灵敏度。
并且，理想地，金属记录层20具有30～300埃的厚度，5～95％的透过率和5～95％的反射率。如果厚度为30埃或更小，则由光吸收产生的用于记录的热量不足以使基片变形。相反，如果厚度超过300埃，则用于记录的基片的膨胀被金属记录层阻挡，使得记录部分较少变形。并且，随着金属层的增加，金属的导热率增加，损坏了纹脊，导致信号的恶化。并且，光的散射增加，使得难以获得高反射率。
金属记录层20的导热率最好为4w/cm·℃或更低。如果金属记录层的导热率超过4w/cm·℃，由于通过吸收激光束而产生的记录层的热量迅速扩散到环境中，记录层本身难以被加热到一个预定温度。即使记录层被加热到预定温度，相邻的堆片可能会由于记录坑的尺寸增加而变形。
并且，金属记录层的热线性膨胀系数最好等于或大于3×10-6/℃。如果线性膨胀系数低于这个水平，金属记录层就会由于记录过程中基片的膨胀而破裂，使得无法获得一个好的记录信号值。
为了满足上述条件，金属记录层最好通过真空沉积、电子束(E-beam)或溅射方法由金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、银(Ag)、钽(Ta)、铁(Fe)或其合金制成。
根据本发明，缓冲层30具有50～1000nm的厚度，并且根据基片10和金属记录层的变形而变形。相应地，变形的缓冲层与反射层之间的界面的形状就改变了，由此使得由记录造成的反射率变化值最大。这样，通常，缓冲层由一种能够由于从金属记录层传来的热量及其自身对光能的直接吸收容易地变形的材料制成。然而，在本发明中，为了获得高反射率，使用一种在上述600～800nm的可见光波长处具有低的光吸收的材料，以使得缓冲层对光能的直接吸收最小。详细说来，作为缓冲层30的一种材料，使用一种满足以下特性的有机材料：即，具有在溶液中0.5g/10ml或更大的溶解度而不损坏基片，具有用于优良的记录灵敏度的100～300℃的热分解温度，用于缓冲层的好的变形的分解与熔化温度之差为80℃或更小，用于增加记录信号的对比度的复数折射率(复数折射率的实部的系数n)在初始状态大于或等于1.7，以及为了600～800nm处的高反射率而在相同波长处具有低光吸收。
缓冲层由一种满足以上条件的有机材料，例如芳族化合物、脂肪族化合物、酰胺化合物、酯化合物、尿素、胺、硫的化合物、羟基化合物或它们的混合物制成。特别是，缓冲层最好由一种选自由蒽醌、二噁二烯(dioxadine)、三吩三噻嗪(triphenodithiazine)、菲、花青、酞青、萘花青、部花青、吡喃鎓(pyrylium)、黄嘌呤、三苯甲烷、藏花毒芹(croconium)、偶氮、靛蓝、次甲基(methine)、甘菊蓝、斯夸苷(squarium)、硫醚和肉豆寇醇连二硫酸盐(methel dithiolate)构成的组的染料制成。
该有机材料可以与一种聚合物树脂混合以提高与旋转覆盖层有关的性质。这里，最好是，该聚合物树脂为基于有机材料重量的50％或更少。该聚合物树脂可以包括：乙烯醇树脂、乙烯基乙酸酯树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚苯乙烯树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、纤维素树脂和脂肪酸树脂。
在本发明中，缓冲层通过一种使用上述材料的通常方法制成。例如，缓冲层的上述材料溶解在一种有机溶液中，并且然后得到的溶液被旋转覆盖在金属记录层20上。这里，如果一种有机溶液能够容易地溶解缓冲层的材料而不损坏基片，那么对这种有机溶液没有限制。
反射层40用一种通常方法制成。例如，反射层通过一种电子束或溅射方法由金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)、银(Ag)、钽(Ta)、钛(Ti)、铁(Fe)或其合金制成到500～2500埃的厚度。
保护层保护光记录介质的其它组成层。保护层50由一种通常方法制成。例如，保护层50通过在反射层40上旋转覆盖一种透明的和可被紫外线固化的环氧丙烯酸酯树脂制成，并且具有大的高密度，并且然后通过照射紫外线使该旋转覆盖的产品固化。
此后，将参考以下例子详细描述本发明。然而，本发明不只限于以下例子。
例1
一个镍(Ni)记录层在一个1.2mm厚的聚碳酸酯(PC)基片上被真空沉积到4nm厚，基片上具有190nm深，在基片的最上部0.8μm宽，底部0.22μm宽的预纹道和1.6μm的道距(track pitch)。然后，通过将具有200℃的热分解温度和240℃的熔化温度的0.85g的红色染料(CVS-300，ICI，U.K.，780nm处吸收(k)为0，650nm处吸收(k)为0.43)溶解在10ml双丙酮醇(DAA)中获得的一种覆盖溶液，以4000rpm的速度被旋转覆盖到Ni记录层上，以形成一个缓冲层。这里，相应于预纹道部分的缓冲层的厚度，用一台扫描电子显微镜(SEM)测量，约为280nm。在一个真空炉中将合成结构在40℃下烘干以后，Au被真空沉积到大约1000埃以形成一个反射层。然后，一个紫外(UV)-固化的环氧丙烯酸酯树脂被旋转覆盖到反射层上并且然后被固化以形成一个保护层，得到一张盘。
根据对所得盘的评价结果，使用一个采用780nm激光束的CD-R测试仪器(OHMT-500，Apex)，记录前的反射率为80％，并且最大反射率Rtop为67％以及对于使用8mW，720kHz的记录功率，以1.3m/sec的记录速度记录的一张盘，使用0.7mW的记录激光功率，CNR为65dB。在上述记录条件下，一个47dB或更大CNR的记录信号在4mW或更大的记录功率处被再现，如图4中所示。并且，使用一个CD-R录音机(RPD-1000，Pioneers)在该盘上记录一个音频信号以后，使用一个CD播放机(Mark II，Philips)能够再现被记录的音频信号。根据该盘的记录特性，用CD-CATS(AudioDevelopment Co.，Sweden)评价，被评价的所有项均满足CD的标准。并且，该盘的反射率在650nm波长处为51％，而且记录在该盘上的信息能够通过一个数字多用盘播放器(DVDP)再现。
例2
一张盘以例1相同的方法制造，除了金属记录层的材料用6nm厚的CuAl代替，并且评价了该盘的性能。
记录前的反射率为76％，并且最大反射率Rtop为62％以及CNR为57dB。并且，650nm处反射率为51％。而且，在该盘上记录一个音频信号以后，使用一个CDP和一个DVDP能够再现被记录的音频信号。
例3
一张盘以例1相同的方法制造，除了金属记录层的材料用5nm厚的Ta代替，并且评价了该盘的性能。
根据性能评价的结果，记录前的反射率为76％，并且最大反射率Rtop为65％以及CNR为62dB，并且650nm处反射率为53％。使用一个CD-R录音机在该盘上记录一个音频信号以后，使用一个CDP和一个DVDP能够再现被记录的音频信号。
例4
一张盘以例1相同的方法制造，除了反射层的材料用100nm厚的Al代替，并且评价了该盘的性能。
根据性能评价的结果，记录前的反射率为77％，并且最大反射率Rtop为65％以及CNR为62dB，并且650nm处反射率为51％。使用一个CD-R录音机在该盘上记录一个音频信号以后，使用一个CDP和一个DVDP能够再现被记录的音频信号。
例5
一张盘以例1相同的方法制造，除了使用在10ml双丙酮醇(DAA)中溶解0.95g NK-1532(日本光敏染料)和0.05g L-04(日本光敏染料)获得的一种溶液以形成一个缓冲层。在用于缓冲层的溶液中，780nm处的折射率n和吸收(k)分别为1.85和0.024，并且650nm处的折射率n和吸收(k)分别为2.05和0.03。记录一段音乐以后，使用一个CDP和一个DVDP能够再现被记录的音乐。780nm处的最大反射率Rtop为66％，并且650nm处的反射率为43％。
比较例1
一张盘以例1相同的方法制造，除了缓冲层的材料用0.85g的花青染料S-04(Nippon Kanko Shikiso Kenkusho Co.，Ltd.)代替，该染料在780nm处的折射率n为2.5并且吸收(k)为0，以及在650nm处的折射率n为1.49并且吸收(k)为1.41，而且评价了该盘的性能。这里，相应于预纹道部分的缓冲层的厚度，用一台扫描电子显微镜(SEM)测量，约为300nm。
根据性能评价的结果，记录前的反射率为78％，并且最大反射率Rtop为66％以及CNR为65dB，而且，使用一个CD-R录音机(RPD-1000，Pioneers)在该盘上记录一个音频信号以后，使用一个CD播放机(Mark II，Philips)能够再现被记录的音频信号。根据该盘的记录特性，用CD-CATS评价，被评价的所有项均满足CD的标准。然而，650nm处的反射率为20％，使得不可能用一个DVDP再现。
比较例2
一张盘以例1相同的方法制造，除了缓冲层的材料用0.80g的T-043染料(Nippon Kayaku Co.，Ltd.)代替，该染料具有215℃的热分解温度以及125℃的熔化温度，并且评价了该盘的性能。
根据性能评价的结果，记录前的反射率为79％，并且最大反射率Rtop为65％以及CNR为45dB，而且，使用一个CD-R录音机(RPD-1000，Pioneers)在该盘上记录一个音频信号以后，使用一个CD播放机(Mark II，Philips)不能再现被记录的音频信号。根据例1中使用的评价装置评价的结果，一个纹脊严重变形。
将通过在100ml DAA中溶解4.4g N，N’-2，5-环己二烯-1，4-双内鎓铋[4-(二丁基氨基)-N-[4-(二丁基氨基)苯基]-双[(OC-6-11)-六氟-锑酸盐(10)]                                      (N，N′-2，5-cyclohexadien-1，4-diylidenbis[4-(dibutylamino)-N-[4-(dibutylamino)phenyl]-bis[(OC-6-11)-hexafluoro-antimonate(10)])(NK-3219，Nippon Kanko Shinko Kenkusho CO.，Ltd.，λmax＝720nm，折射率n在780nm处为2.28，吸收(k)在780nm处为0.024，折射率n在650nm处为1.18，以及吸收(k)在650nm处为1.31)获得的一种染料溶液沉积到一个1.2mm厚的聚碳酸酯(PC)基片上，基片上具有153nm深，在基片的最上部0.8μm宽，底部0.25μm宽的预纹道和1.6μm的道距，通过一种旋转覆盖器，顺序在50rpm保持5秒，1500rpm保持15秒，4000rpm保持30秒，并且然后完全烘干。然后，使用溅射形成一个100nm厚的Au反射层。在Au反射层上沉积UV-固化树脂后，合成结构通过照射UV被固化以形成一个10μm厚的保护层，由此得到一张盘。最大反射率Rtop为66％，并且对于使用8mW，720kHz的记录能量，以1.3m/sec的记录速度记录的一张盘，使用0.7mW的激光，CNR为65dB。而且，使用一个DVDP再现是不可能的。
如上所述，本发明的光记录介质通过合适地选择用于缓冲层的材料能够与CD兼容，在600nm或更长的波长处具有高反射率，由此提供一个所需的CNR特性。而且，很少使用染料，使得造价随高产量而降低。

Claims (19)

1.一种光记录介质包括：
一个具有预纹道的基片；以及
在基片上顺序堆叠的一个金属记录层、一个缓冲层和一个反射层，
其中缓冲层由对于600～800nm的激光束具有低光吸收的一种有机材料制成，使得光吸收(k)在650nm处小于或等于1.0，并且在780nm处小于或等于0.1。
2.权利要求1的光记录介质，其中缓冲层的有机材料的热分解温度为100～300℃。
3.权利要求2的光记录介质，其中热分解温度与熔化温度之差小于或等于80℃。
4.权利要求1的光记录介质，其中缓冲层的有机材料的折射率(复数折射率的实部的系数n)大于或等于1.7。
5.权利要求1的光记录介质，其中有机材料包括至少有一种是选自由芳族化合物、脂肪族化合物、酰胺化合物、酯化合物、尿素、胺、硫的化合物、羟基化合物或其混合物构成的组。
6.权利要求5的光记录介质，其中有机材料是至少一种选自由蒽醌、、二恶二烯、三吩二噻嗪、菲、花青、酞菁、萘花菁、部花青菁、吡喃鎓、黄嘌呤、三苯甲烷、藏花毒芹、偶氮、靛、次甲基、甘菊蓝、斯夸苷、硫醚和肉豆寇醇连二硫酸盐构成的组的染料。
7.权利要求1的光记录介质，其中缓冲层包括基于有机材料重量的50wt％或以下的聚合物。
8.权利要求7的光记录介质，其中聚合物包括至少一种选自由乙烯醇树脂、乙烯基乙酸酯树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚苯乙烯树脂、聚氨基甲酸乙酯树脂、纤维素树脂和脂肪酸树脂的构成的组。
9.权利要求1的光记录介质，其中缓冲层的厚度为50～1000nm。
10.权利要求1的光记录介质，其中一个保护层形成在反射层上。
11.权利要求1的光记录介质，其中光记录介质的反射率在600～800nm处为40％或以上。
12.权利要求1的光记录介质，其中形成在基片上的预纹道的深度为50～300nm。
13.权利要求1的光记录介质，其中至少基片和金属记录层中的一层，以及缓冲层具有一个变形的部分。
14.权利要求13的光记录介质，其中基片和金属记录层具有变形部分，并且相应于该变形部分的缓冲层的部分具有一个减小的厚度。
15.权利要求13的光记录介质，其中基片和金属记录层，以及缓冲层具有相互对应的变形部分。
16.权利要求15的光记录介质，其中反射层具有与缓冲层的变形部分对应的变形部分。
17.权利要求1的光记录介质，其中金属记录层的厚度为30～300埃。
18.权利要求1的光记录介质，其中金属记录层包括一种金属，它具有复数折射率的虚部的系数k，k大于或等于0.01。
19.权利要求18的光记录介质，其中金属记录层包括一种选自金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、银(Ag)、钽(Ta)、铁(Fe)的金属和它们的合金构成的组的金属。
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