CN1326125C - 光学数据存储介质及其应用 - Google Patents

Abstract

描述了一种使用穿过介质(30)的入射表面(41)的聚焦光束(40)进行记录和读取的多栈光学数据存储介质(30)。它具有在其一侧上放置有被称为L₀的第一记录栈(33)的第一基底(31a)，第一记录栈(33)包含含有染料的可记录型L₀记录层(35)，且形成于第一L₀引导槽(38a，38b)中。第一反射层(39)被放置在第一L₀记录层(35)和第一基底(31a)之间。在其一侧上放置有被称为L₁的第二记录栈(32)的第二基底(31b)放置于比L₀记录栈(33)更靠近入射表面(41)的位置处，并形成于第二L₁引导槽(37)中。透射衬片层(36)被夹在记录栈(32，33)之间。第一L₀引导槽(38a，38b)具有深度G_L0＜100nm。这样在辐射光束的波长为大约655nm时，就能达到L₀栈的相对较高的反射值。

Description

光学数据存储介质及其应用

技术领域

本发明涉及—种多栈式光学数据存储介质，在记录和读取的过程中利用穿过该介质的入射表面的聚焦辐射光束进行记录和读取，包括：

-第一基底，在其一侧上放置：

-包括含有染料的可记录型L₀记录层且形成于第一L₀引导槽中的第一记录栈，其被称为L₀，以及存在于L₀记录层和第一基底之间的第一反射层，

-第二基底，在其一侧上放置：

-被称为L₁的第二记录栈，其包括可记录型的L₁记录层且形成在第二L₁引导槽中，所述第二记录栈被置于比L₀记录栈更靠近入射表面的位置，

-被夹在记录栈之间的透射衬片层，所述透射衬片层的厚度基本大于聚焦辐射光束的聚焦深度。

本发明还涉及该介质的用途。

背景技术

如开始段落中所描述的光学记录介质的一个具体实施例可从欧洲专利申请EP1067535A2中得知。介质通常为圆盘形状。

考虑到光学记录的市场，可很清楚地知道至今最重要且最成功的格式是一次写入格式，即可记录型密致盘(CD-R)。虽然很久以前就预言可重写密致盘将要取代一次写入格式的重要地位，但是CD-R介质实际上的市场规模还是比CD-RW至少大一个数量级。而且，驱动器的最重要的参数是R-介质的最大写录速度，而不是RW的最大写录速度。当然，市场向CD-RW的转变仍然是可能的，例如在CD-RW的Mount Rainier格式的影响下。然而，R-格式由于它的100％的兼容性而已经证明是非常有吸引力的。

近来，在可重写数字通用盘(DVD+RW)的标准之后，开发了新型可记录数字通用盘(DVD+R)的标准。新型DVD+R标准作为对于DVD+RW的重要支持获得了越来越多的关注。一个可能的情况是：终端消费者已经对光学一次性写入格式如此熟悉，以至于比起可重写格式他们可能更易于接受光学一次性写入格式。

因为现在只有单栈的介质，所以对于R和RW格式的争议点是容量以及记录时间的限制。我们注意到，对于DVD视频，双栈介质具有相当可观的市场份额。双层，也就是双栈，DVD+RW盘是相当切实可行的。然而已经清楚的是：充分兼容的盘，即在双层DVD-ROM的反射和调制技术标准下的盘，是很难实现的，并且要求至少一项对相变材料的特性的重要突破。如果没有充分的兼容性，双层DVD+RW则不易在市场上取得成功。

为了获得与双层DVD-ROM标准兼容的双层DVD+R介质，在辐射光束的波长为大约655nm时，上部的L₁层和下部的L₀层的有效反射率应当为至少18％。有效发射率意味着当栈L₀和L₁存在并分别在L₀和L₁上聚焦时所测量的从介质发射回来的部分有效光。由于L₁栈吸收了入射和出射光束的绝大部分，所以这意味着这样的L₀栈要求更高的反射水平，例如大于50％，最好大于60％。必须注意到在本文件中常见的L₀和L₁的符号使用方式已经改变了：传统中符号L₀是“最近的”栈，即最靠近辐射光束的入射表面，而现在是最深的栈，L₁...L_n是越来越靠近辐射光束的入射表面的栈。在EP1067535A2中使用以下的定义：DG1是对应于L₁的第一信息记录/再现单元的槽中的染料层厚度，dG2是对应于L₀的第二信息记录/再现单元的槽中的染料层厚度。DL1为对应于L₁的脊上染料层的厚度，dL2为对应于L₀的脊上染料层的厚度。对应于L₁的槽深度为d1，而对应于L₀的槽深度d2不同。D2是涂敷上染料层以后在染料表面测量的脊和槽的高度差。DG2、d2和dL2被设置为大约174、140和120nm。计算表示：这在对应于大约194nm的L₀的基底中相当于槽深度g。申请人的测量表明：具有194nm深度槽的已知介质的反转L₀栈反射率仅为空白区域(也就是没有槽的区域)反射率的15％-50％。这意味着达到希望的60％的反射水平是不可能的，因为为了获得与双层DVD-ROM标准兼容的双层DVD+R介质，聚焦到下部的L₀层的数据轨道上的光束的反射率必须足够高(典型＞60％，取决于上部的L₁层的透射)。从生产双栈DVD+R的角度看使用反转L₀层结构是优选的，这意味着L₀栈的记录层被放置在反射层的一侧而不是在带有槽结构的基底的侧面。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在开始段落中提及类型的光学数据存储介质，在辐射光束波长为大约655nm时，L₀记录栈的反射值高于25％，最好高于50％。

依照在开始段落中描述的光学存储介质的发明已经实现了这一目的，本发明的一种在记录和读取的过程中使用聚焦的辐射光束穿过媒体的入射表面(41)来记录和读取的多栈光学数据存储媒体，包括：

-一个第一基底，在其一个侧面上放置：

-一个被称为L₀的第一记录栈，包括一个含有染料的可记录型L₀记录层，形成于第一L₀引导槽中，以及放置于L₀记录层和第一基底之间的一个第一反射层，

-一个第二基底，在其一个侧面上放置：

-一个被称为L₁的第二记录栈包括一个可记录型L₁记录层，所述第二记录栈被置于比L₀记录栈更靠近入射表面的位置，并且形成在一个第二L₁引导槽中，

-一个被夹在记录栈之间的透射衬片层，所述透射衬片层具有大于所述聚焦的辐射光束的焦点深度的厚度，

其特征在于第一L₀引导槽具有深度G_L0＜100nm。

本发明的公开内容建议使用浅槽以达到较高的反射值。根据计算，比200nm深的槽也可实现较高的反射率，但是从控制和注入成型的角度来看更难加工。对于降低的在100nm以上的反射率有如下解释：被金属覆盖的槽起到了辐射光束波导的作用，因此由于光学影响(例如偏振的改变)而降低了有效反射率。在深度＞200nm时，这些影响又会导致反射的增加。

在一个实施例中G_L0＜80nm并且第一L₀引导槽所具有的完整的一半最大宽度W_L0＜350nm。对于宽度小于350nm的槽，槽深度必须小于80nm。当槽相对较宽时，例如500-600nm，这可以使用接近100nm的槽深度，并具有足够的反射率。在更小的槽宽度上，类似于波导的效应扮演着重要的角色并且有效反射率会减少。浅的槽深度将导致径向误差信号(推挽)和抖动信号的反转。这必须在驱动器中校正。

在另一个实施例中25nm＜G_L0＜40nm，并且第一反射层包含一种金属并且具有＞50nm的厚度。通过获得很高的反射值，获得了与只读型双层DVD(即视频和ROM)兼容的标准。在没有额外措施的情况下，减小的槽深度似乎具有比较低的光学调制，即标记和无标记处之间的光学对比度。对于例如35nm深的槽，实验表明在脊和槽上的调制为10％。

又一实施例中，可记录型L₀记录层包含一种染料，并且在引导槽的脊部分测量得到的厚度为70nm至150nm。当使用该厚度范围时就能在染料层获得适当的标记格式。当使用该栈时可以获得良好的调制，同时大大降低槽深度。由于记录是在脊上执行(与在槽中记录相反)，所以可以获得恰当的调制符号，也就是从高到低的记录。这还具有另外的优点，即推挽信号具有恰当的符号并且在光盘驱动器中不需要进行任何措施来反转推挽符号。

在L₀记录层上与放置第一反射层的一侧相反的一侧放置绝缘层。其优点是具有更好的调制。绝缘层最好具有5nm-120nm范围的厚度。

在另外一个实施例中，包含一种金属的第二反射层被放置在L₀记录层上与放置第一反射层的一侧相反的一侧。最好的是，第二反射层具有5nm-15nm范围的厚度。第二反射层最好主要包含从银、金、铜、铝的中选出的金属。第二反射层具有L₀栈反射率更高的优点。在栈的设计中需要较小的变化以达到较好的记录性能。

本发明的一种采用上述光学数据存储媒体的多栈记录方法，在辐射光束波长约为655nm时，所述第一记录栈L₀的反射率水平至少为0.5并且所述L₀记录层中的记录标记的调制至少为0.6。

在反转的L₀栈中使用浅的槽的另外的优点是：在辐射光束的反射中，引导槽的摆动不太显著。摆动是用于调制引导槽中的附加信息的，例如地址或时间信号。当例如使用深度G_L0为160nm的引导槽时，在具有与摆动同样的周期的信号中发生15％的变化也是明显的。在槽深度G_L0为35nm时该变化基本消失。

附图说明

将参考附图更详细地阐明本发明，其中：

图1示出反转的L₀DVD+R栈的空白区域(镜面)和槽区域的反射率。槽深度为126nm，在槽区域上的反射率仅为空白区域的反射率的大约15％；

图2示出反转的L₀DVD+R栈的空白区域(镜面)和槽区域的反射率。槽深度为35nm，在槽区域上的反射率为空白区域的反射率的大约85％；

图3示意性地示出根据本发明的一个实施例的剖面图；

图4示意性地示出根据本发明的一个实施例的反转的L₀栈的剖面图；

图5a和5b示出根据本发明的栈设计的模型研究的计算结果；

图6a和6b示出根据本发明的另一个栈设计的模型研究的计算结果；

图7是对于参照盘(单层DVD+R)计算的反射和调制。

具体实施方式

图1中呈现出当不按本发明而使用具有126nm的槽深度G_L0的基底时，在反转的L₀DVD+R栈上的实验结果。在槽区域上的反射率为在空白区域(镜面)上反射率的大约15％。该值是不能接受的。

图2中示出在反转的L₀DVD+R栈上的实验结果。根据本发明使用具有大约35nm槽深度的DVD+RW基底。在槽区域上的反射率为在空白区域上反射率的大约85％，这大大高于采用较深的槽的情况。盘还示出了足够的推挽信号，因此跟踪成为可能。实验也表明写入数据是可能的，虽然调制看起来相对较低(10％，11T信噪比CNR～30dB)，但是通过使用图5和图6的栈设计，较高的调制也是可能的。

L₀基底31a具有35nm深的槽，该槽具有300nm的FWHM宽度W_L0，具有100nm的银反射层39，和80nm的含氮染料的记录层35，以及保护层。可以使用的典型的染料为(酞菁)花青型，偶氮型，斯夸琳(squarylium)型，吡咯亚甲基型(pyrromethene-type)或者其它具有希望的性质的有机染料材料。

图3中示出了用于记录的多栈光学数据存储介质30。记录过程中聚焦的辐射光束，也就是具有大约655nm波长的激光束40，穿过介质30的入射表面41。介质包括在其一侧上放置有被称作L₀的第一记录栈33的第一基底31a，其包括可记录型的L₀记录层35，也就是偶氮染料。L₀记录层形成在第一L₀引导槽38a中，并且第一反射层39被放置在L₀记录层35和第一基底31a之间。在其一侧上放置有被称作L₁的第二记录栈32的第二基底31b包括可记录偶氮染料型L₁记录层34。第二记录栈L₁32被放置在比L₀记录栈33更接近于入射表面41的位置，并且形成在第二L₁引导槽37中。

透射衬片层36被夹在记录栈32和33之间并具有大约40μm的厚度。第一L₀引导槽38a的深度为35nm。应该注意到，引导槽的深度被限定在放置于34和36之间的半反射层的位置处。可以采用如下方式制造该介质。隔离层36包括对应于L₀的第一引导槽，也称为预刻沟槽，将对应于L₀的第一引导槽先施加于L₁然后压入隔离层。引导槽通常为螺旋形。然后第一记录栈L₀被沉积在刻有槽的隔离层36上。最后，施加不包含槽的第一基底31a。该设计被称为类型1。

图4中示出了介质30的一种变形，称之为类型2。类型2是以反转的L₀栈为基础的，并且是优选的实施方式。对于图3的描述，不同的是引导槽38b现在被放置在第一基底31a中。该带有L₀的第一基底31a邻接于带有L₁的基底，二者之间具有透射衬片层36。特别合适的被称为栈1、栈2和栈3的L₀栈的设计将在本文件的其它地方结合图5和图6进行讨论。对于两种类型的盘，优选的隔离层的厚度为40μm至70μm。一个具体的实施方式为：

L₁：80nm染料/12nm银/UV可固化树脂(保护层)，和

L₀：100nm(硫化锌)80(二氧化硅)20/130nm染料/100nm银，以及55μm厚度的隔离层。在辐射光束波长约为655nm时，来自L₁的有效反射率为20％，来自L₀的有效反射率(通过L₁测量的)为21％。

可记录双栈DVD盘上部的L₁栈必须具有高透明度以便能够寻址位于低处的L₀栈。同时，L₁应当最好具有至少18％的反射率以便符合双层DVD-ROM的技术要求。这里所建议的栈并不局限于应用于DVD+R-DL，其能够被应用于任何(多栈)以有机染料为基础的光学记录介质中。

在图5a和5b中模型的结果被显现在具有如下设计的栈中：

栈1：

-在基底31a中有25至40nm深的引导槽，

-100nm的光闭合型银镜面。也可以使用其他金属，例如金、铜或铝，

-在脊上具有130nm厚度的偶氮染料层，符合典型DVD可记录染料的染料折射率为2.24-0.02i(λ＝655nm)，

-80至120nm(硫化锌)₈₀(二氧化硅)₂₀，其它具有n～2.1的介电质也可得到同样的结果。

该设计对于浅槽的情况下的反转的L₀记录栈同时具有高反射率和高调制。栈应当被记录在脊上(与记录在槽内相反)以获得合适的调制符号(从高到低记录)。这具有另外的优点，即推挽信号具有合适的符号(“在脊上的”)。参数L定义为：L＝(d_G-d_L)/G，其中d_G为槽中的染料厚度，d_L为脊上的染料厚度，G为槽深度。该参数是在将沉积于槽结构内的染料铺平后测得的。通常对染料采用旋转涂敷的方式，水平度通常在大约0.2至0.5之间。L＝0意味着d_G＝d_L，L＝1意味着在引导槽结构上沉积的染料的顶面基本上是平坦的。在图5a中示出了在辐射光束波长为655nm时，作为脊上染料厚度d_L的函数计算得到的脊上反射率。在图5b中示出了作为脊上染料厚度d_L的函数计算得到的脊上调制度。水平虚线表示要求的最小水平。可以注意到，当染料厚度在大约70-150nm的范围时可以达到希望的水平。

根据该栈1获得的实验结果为：75％的高调制和70％的高反射水平。调制一般定义为M＝(R_no-mark-R_mark)/R_no-mark’该公式中R_mark和R_no-mark是分别当存在写入标记和无标记时来自读出光束的反射水平。要求写入L₀层的激光光束的功率仅为7mW，因为相对较大的一部分功率将会在L₁栈中被吸收，所以从存在L₁栈的角度来看这是有利的。

在图6a和6b中模型的结果被显现在具有如下设计的栈中：

栈2：

-在基底31a中有25至40nm深的引导槽，

-100nm的光闭合型银反射层39，也可以使用其它金属，例如金、铜或铝，

-在脊上的具有100至130nm厚度的偶氮染料层，符合典型染料的染料折射率为2.24-0.02i，

-5至15nm的第二银反射层，也可以使用其他金属，例如金、铜或铝，

对应染料不同的水平值L，脊上的反射率R_L和脊上调制度M_L作为脊上的染料厚度d_L的函数被绘成曲线。

也可以采用第三栈设计，它在附图中没有示出，但在此进行描述：

栈3：

-在基底31a中有25至40nm深的引导槽，

-100nm的光闭合型银反射层39，也可以使用其他金属，例如金、铜或铝，

-在脊上的具有90至160nm厚度的偶氮染料层35，符合典型染料的染料折射率为2.24-0.02i，

-5至50nm的二氧化硅层，也可以使用其他介电质。

图7中，例如，示出了在辐射光束波长为655nm时传统单栈DVD+R盘的结果。染料的折射率为2.24-0.02 i(λ＝655nm)。根据计算，当在槽中的染料具有大约80nm的厚度时，槽上反射曲线72和槽上调制曲线71都具有最佳值。计算得到反射率和调制度与实验获得的值非常一致。为了从L₀层得到更好的信号质量，尝试获得兼具高反射率和高调制度(都＞60％)的栈设计。事实表明在大多数情况下，对于简单的三层栈设计，槽中记录的信号都具有错误的极性(从低到高记录，未示出)。因此对于浅的槽可以考虑采用脊上记录，或使用较复杂的栈设计。

对于上述图5和图6中涉及的栈设计，可以将染料厚度范围定义在调制度和反射率都高的位置。应当注意到，此处建议的栈对于浅的槽是最佳的。

应当注意到上述实施例只是解释性的，而不应将本发明局限于这些实施方式。本领域技术人员能够在所附的权利要求的范围内设计出许多替代的实施方式。在权利要求中，任何括号内给出的参考标记都不构成对权利要求的限制。词语“包括”并不排除未在权利要求中列出的其他元件和步骤。元件前的词语“一个”并不排除大量的这样的元件的存在。起码的事实是，在彼此不同的从属权利要求中叙述的某些措施并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。

根据本发明描述了使用穿过其入射表面的聚焦辐射光束进行记录和读取的多栈光学数据存储介质。它具有在其一侧上放置有被称为L₀的第一记录栈的第一基底，所述第一记录栈包括形成在第一L₀引导槽中的可记录型的L₀记录层。第一反射层被放置在第一L₀记录层和第一基底之间。在其一侧上放置有被称为L₁的第二记录栈的第二基底被置于比L₀记录栈更靠近入射表面的位置处，并且形成在第二L₁引导槽中。透射衬片层被夹在记录栈之间。第一L₀引导槽具有的深度G_L0＜100nm。这样在辐射光束波长为大约655nm时，就可以获得相对较高的L₀栈的反射值。

Claims (11)

1、一种在记录和读取的过程中使用聚焦的辐射光束(40)穿过介质的入射表面(41)来记录和读取的多栈光学数据存储介质(30)，包括：

-一个第一基底(31a)，在其一个侧面上放置：

-一个被称为L₀的第一记录栈(33)，包括一个含有染料的可记录型L₀记录层(35)、形成于第一L₀引导槽(38a，38b)中、以及放置于L₀记录层(35)和第一基底(31a)之间的一个第一反射层(39)，

-一个第二基底(31b)，在其一个侧面上放置：

-一个被称为L₁的第二记录栈(32)，包括一个可记录型L₁记录层(34)，所述第二记录栈(32)被置于比L₀记录栈(33)更靠近入射表面(41)的位置，并且形成在一个第二L₁引导槽(37)中，

-一个被夹在记录栈(32，33)之间的透射衬片层(36)，所述透射衬片层(36)具有大于所述聚焦的辐射光束的焦点深度的厚度，

其特征在于第一L₀引导槽(38a，38b)具有深度G_L0＜100nm。

2、根据权利要求1所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中G_L0＜80nm并且第一L₀引导槽(38a，38b)具有完全的一半的最大宽度W_L0＜350nm。

3、根据权利要求1或2中任一项所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中25nm＜G_L0＜40nm，第一反射层(39)含有一种金属，并且其厚度＞50nm。

4、根据权利要求1或2中任一项所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中所述可记录型L₀记录层在所述引导槽的脊上测量的厚度介于70nm至150nm之间。

5、根据权利要求1或2中任一项所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中一个绝缘层被放置在L₀记录层的一个侧面，该侧面与放置所述第一反射层(39)的侧面相反。

6、根据权利要求5所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中所述绝缘层的厚度在5nm-120nm的范围内。

7、根据权利要求1或2中任一项所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中一个含有金属的第二反射层被放置在所述L₀记录层(35)的一个侧面，该侧面与放置所述第一反射层(39)的侧面相反。

8、根据权利要求7所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中所述第二反射层的厚度在5nm-15nm的范围内。

9、根据权利要求8所述的多栈光学数据存储介质(30)，其中所述第二反射层主要含有从银、金、铜、铝的组中选出的金属。

10、根据权利要求1或2中任一项所述的多栈光学数据存储介质(30)(30)，其中在辐射光束的波长为655nm时所述栈的有效反射水平至少为0.18。

11、一种采用光学数据存储介质的多栈记录方法，所述光学数据存储介质如前面任一项权利要求所述，并且在辐射光束波长约为655nm时，所述第一记录栈L₀的反射率水平至少为0.5，并且所述L₀记录层中的记录标记的调制至少为0.6。

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