CN1513178A - 光学数据存储介质以及这种介质的应用 - Google Patents

Abstract

一种光学数据存储介质(20)包括具有表面区域的衬底(1)，该表面区域具有表示存储的信息的标记的轨迹(4)。所述信息可以通过一个扫描辐射束(10)读取。具有一个反射层(2)，用于反射辐射束(10)。所述介质还包括大于50％的辐射束(10)的反射值。所述反射层(2)包括通式为Al_100－yX_y的合金，其中Al是铝，X是从Ge，Si中选择的元素，y是其中的X的以at.％表示的原子分数，其中5＜y＜35。所述反射层(2)具有辐射束吸收作用，使得能够进行识别标记(6，6’)的可控的烧蚀记录或者固相改变记录。

Description

光学数据存储介质以及这种介质的应用

本发明涉及一种光学数据存储介质，包括具有表面区域的衬底，所述表面区域具有表示所存储的信息的标记的轨迹，所述信息可以通过一个扫描辐射束读取，反射所述辐射束的反射层，所述介质还具有大于50％的辐射束反射。

本发明还涉及利用这种光学数据存储介质来记录识别标记。

开头一节所述的光学数据存储介质的实施例从美国专利4961077公知了。在该专利中，数据通过辐射束和光学数据存储介质的相互作用被恢复。所述介质在制造时在其上面存储有信息，一般呈在聚碳酸酯衬底上形成的压印的凹陷或坑的形式。一个反射层被沉积在聚碳酸酯衬底上，并把所述辐射束聚焦在所述反射层上。这种类型的介质在光盘的实施例中通常被称为只读存储(ROM)光盘。为了提供存储在现在被称为介质的光学数据存储介质上的信息的复制安全性，一直需要对介质提供识别标记的技术。光学可读的图形被写在记录层的数据记录区域的外部。所述图形是肉眼可读的，或者是机器可读的，并且可以作为识别标记。这种识别标记被施加在每件介质上，例如光盘上。识别标记例如可以是表示序列号的条形码。识别标记还包括例如序列号，批号，注册号，销售商识别标记，发行者信息，装饰图案，姓名，签名，卷和发行数量，版号，日期等等。在复制保护内容的记录期间，数据利用基于所述识别标记的密钥被加密。这能够防止所谓的位复制或者盘的克隆。

在美国专利4961077中，披露了一种用于在ROM盘的非信息区域上附加光学可读的图形的方法。一个功率相当大的光束，例如足够大的功率的YAG激光，用于在相应于光学可读图形的反射金属层内形成一系列的孔。反射层例如可以由Al，Pr，Au，Ag，Cu制成。这些金属具有相当高的光学反射性，因而对激光的吸收作用小。通常一个透明的保护层，厚度为0.1-0.3mm，覆盖着所述反射层。

通过烧蚀写上所述图形，这就是说，所述图形通过部分地除去反射层的材料被不可逆地形成，例如通过从辐射束的中心沿径向向外使熔融金属完全蒸发、排出或者流出，或者通过它们的组合。当金属的其余部分再沉积、再凝结时，或者当熔融金属有力地散布时，可能在相邻层例如保护覆盖层或衬底中产生碎片或损坏。保护层通常是旋转涂覆的透明树脂，其通过UV光照射或者加热被固化。这种标记处理对于激光束的能量值极为敏感，激光束中的太小的能量不足以提供可识别的标记，而太大的能量又可能破坏衬底或保护覆盖层。在美国专利5671202中提及，通过在保护层固化之前，或者在涂覆保护覆层本身之前施加所述识别标记到反射层，可以避免所述保护涂层的破坏。

已知的介质的缺点在于，用于写识别标记所需的辐射束例如激光的功率相当高。需要相当昂贵的大功率的辐射束源。控制吸收的辐射的最佳数量是困难的。此外，反射层的烧蚀仍然产生沉积在被记录的信息区域内的碎片。这可能使得在信息的读出期间的噪声增加。

本发明的目的在于提供一种开头一节所述的光学数据存储介质，其具有适合于利用相当低的功率的辐射束以被控的方式写入识别标记的反射层。

本发明的目的是这样实现的：所述反射层包括通式为Al_100-yX_y的合金，其中Al是铝，X是从Ge，Si中选择的元素，y是其中的X的以at.％表示的原子分数，其中5＜y＜35。

由于具有Ge或Si，所以在反射层中吸收相当高的辐射束功率。当使用辐射束源例如激光时，其被聚焦在反射层上，在焦点吸收的能量可以引起反射层的温度的快速增加。根据聚焦的辐射束的功率密度和反射层的性能，可以使材料的温度上升，并且改变固体状态，使其熔化、蒸发或者被排出。在第一种情况下，当材料被加热但是其温度在其熔点以下时，可以发生固体状态的改变，例如由非晶状态变为晶体状态，并且在反射层的暴露的区域内形成晶体识别标记。在第二种情况下，在关断或者在除去辐射束功率之后，熔融的材料将快速冷却。发生的反射层材料的骤冷使得在反射层的暴露的区域内形成无定形识别标记。在其它的情况下，在反射层内形成孔形的或者凹形的识别标记。根据在所述孔或凹形的周围或深度上的固体状态，所有这些识别标记都具有和其周围不同的光反射性。这使得利用光学读取装置可以区分所述识别标记，当所述识别标记足够大时，甚至通过肉眼便可区分所述识别标记。和没有识别标记的区域相比，可以获得容易识别的大于10％的反射差。对于35或较大的y值，反射层的反射低于50％，这可能引起和现有的光盘标准的兼容性问题。对于5或更小的y值，反射层对于辐射束的吸收相当低，因而以被控的方式写识别标记相当困难。

在一个实施例中，X是元素Ge。Ge是被广泛使用的一种材料，并且容易例如通过溅射和Al结合进行施加。

在优选实施例中，y的值小于16。其优点是，反射层对于辐射束的反射大于70％，这是需要的，以便和CD红皮书标准兼容。这个标准要求双程测量的CD音频盘或CD-ROM盘的空白区域内的反射和衬底透射大于70％。按照红皮书标准的CD系统对于在770和830nm之间的辐射束波长被优化，例如可以使用780nm的半导体激光器作为辐射源。目前的发展直接指向使用较短波长的辐射束的光学记录系统，例如波长为680nm，甚至为405nm。显然，使用这些较短的波长也在本发明的范围内。

优选的是，反射层具有10-100nm的厚度。当反射层太薄时，例如小于10nm时，该层的光透射度太高，导致反射层的太低的反射。一种厚的层，例如厚度大于100nm的层，成本太高，这是因为生产时间和材料的成本不必要地增加。更厚的层比例如最大厚度为100nm的层没有更多的优点，最大厚度为100nm的层已经是完全光学关闭的。

在另一个实施例中，在反射层中具有识别标记，所述识别标记具有和没有标记的反射层的区域的辐射束反射值不同的辐射束反射值。在介质生产期间，可以对介质提供识别标记，其可以利用相当低的功率和廉价的激光写入。所述识别标记可以是对于生产的每个盘都不同的唯一的数，或者是表示识别盘上的数据的内容的比较一般的数。通常，这种识别数位于数据区域开始的半径内，例如呈条形码或者呈人可读的数字的形式。所述识别标记具有和其周围不同的反射值，因此可以利用装置或者利用人的视觉被读出。

在另一个实施例中，在标记的轨迹之间具有识别标记。由于和CD数据标记的调制相比具有相对低的调制，所以识别标记可以在具有CD数据的标记轨迹之间写入和读出。在ROM应用中，所述标记通常包括坑，即物理凹陷。在轨迹之间的区域通常被称为“脊部上面(onland)”。写操作例如可以在CD盘的生产期间在适合于“脊部上面”记录的记录器中进行。读出在轨迹之间的识别标记的操作一般必须利用辐射束光点，例如以“脊部上面”方式跟踪的聚焦的激光进行。在CD再现设备例如CD播放器中，“脊部上面”读出特征被相当容易地实现。使识别标记写在轨迹之间的“脊部上面”的优点是不需要在CD数据区域外部的额外的径向空间，并且在用于写入识别标记的数据区域中使用相当小的径向面积。这是因为所述识别标记以跟踪的方式写入和读出。理论上，识别标记的“脊部上面”写入，例如，在两个相邻轨迹之间一转便足够了。用这种方式，识别标记将不能或者很难用肉眼看到。这种一转识别标记的读出必须利用机器进行。通过在具有标记的轨迹而没有内容的区域中写入识别标记，可以使识别标记的读出和CD数据标记的轨迹的读出之间的干扰减到最小。市场上的大部分CD盘不含完全能够播放的数据长度。通常CD盘在外径上只含有CD轨迹，而没有实际内容，以便使其具有较好的装饰外观。这个区域例如适合于记录“脊部上面”识别标记，而没有在CD数据和识别标记之间发生任何干扰的危险。以上的说明尤其指的是CD盘和CD播放器。不过本发明也适用于其它类型的新一代光学介质和播放器，例如DVD和DVR的ROM型式，因此，它们显然包括在本发明的范围内。

在一个实施例中，识别标记通过局部地除去反射层的材料而形成。局部地除去指的是这样一种机制，通过这种机制，在反射层内形成孔或较薄的结构。通过辐射束加热反射层，可以使该层的材料蒸发或排出而形成孔。不过，也可以是熔融的材料沿径向向外流动而在反射层中留下具有边沿或较薄的部分的孔。也可以采用蒸发/排出和向外流动机制的其它的组合。一般地说优选的是，这样控制辐射束的能量，使得在识别标记的形成期间不形成或者形成很少的碎片，这意味着，应当避免相当高的功率。在本文中，相当高的功率指的是足以使反射层熔化、沸腾和蒸发的功率。利用按照本发明的反射层，可以避免非常高的辐射束功率，这是因为所述反射层具有相当高的吸收能力，这使得能够以最佳的辐射束能量较好地控制识别标记的形成过程。

在另一个实施例中，识别标记通过反射层材料的固态转变而形成。已知的固态转变是所谓的合金的相改变。相改变光学记录涉及利用聚焦的相当高功率的辐射束在晶体/非晶体反射层中形成非晶体/晶体记录标记。在本文中大的功率指的是当写非晶体标记时足以熔化反射层的功率，或者当写晶体标记时足以快速地使所述反射层晶体化的功率。在晶体反射层中记录非晶体识别标记期间，介质相对于按照要被记录的信息调制的聚焦的辐射束运动。注意，所述术语不意味着在写期间辐射束调制占空比精确地等于在读出期间识别标记的所需的占空比，例如，当一系列的识别标记需要具有50％的占空比时，这可以利用7/16的占空比或者甚至一个短的间歇交替的脉冲序列调制辐射束来实现。这一般被称为写策略。当大功率的辐射束熔化反射层时，形成识别标记。当辐射束被关断与/或接着相对于反射层运动时，则在反射层中发生熔融的识别标记的骤冷，从而在未暴露的区域中保持不变的反射层的暴露的区域内留下非晶的识别标记。通过利用同样较低的不使反射层熔化的激光功率进行加热，从而实现再结晶，可以实现写入的非晶识别标记的擦除。多个非晶识别标记可以形成一个较大的识别标记，其可以例如通过衬底利用相当低的功率的聚焦辐射束被读出。非晶识别标记相对于未改变的反射层的反射差形成调制的辐射束，接着，按照记录的识别标记，所述调制的辐射束被检测器转换成调制的光电流。在非晶反射层中形成晶体识别标记期间，非晶反射层必须被加热到刚好低于其熔点的温度。这使得反射层改变为更稳定的晶相。一般地说，即使在室温下也发生固相的改变，但是在这样低的温度下的改变是极慢的。通过使反射层的温度升高到刚好低于其熔化的温度，使得实际上可以瞬时发生晶体化。和上述的非晶识别标记的形成类似，可以应用写策略。

下面参照附图说明按照本发明的数据存储介质的实施例。应当注意，所述附图未按比例绘制。例如，坑的尺寸和轨迹距离比实际的大得多。此外，轨迹被示意地表示为同心的形状，但是其一般是螺旋形的。

在附图中：

图1示意地表示按照本发明的数据存储介质的顶视图；

图2表示沿着数据存储介质的一个实施例的图1的线II-II取的截面图；

图3表示沿着数据存储介质的另一个实施例的图1所示的线II-II取的截面图；以及

图4表示使用Al₇₂Ge₂₈反射层的识别标记的光学调制M对于辐射束写功率(mW)的曲线。

在图1和图2中示出了光学数据存储介质20。所述介质具有衬底1，所述衬底1具有表面积3，其上具有标记即坑的轨迹4，所述坑表示可以借助于扫描辐射束10读取的所存储的信息。具有辐射束反射层2。介质20具有58％的辐射束反射值，其利用在实际的光盘播放器中的聚焦的辐射束测量。辐射束10的波长是780nm。辐射束10利用0.50的NA聚焦。反射层2包括通式为Al₇₂Ge₂₈的合金，并具有50nm的厚度。

在反射层2中具有识别标记6或6’。识别标记6或6’具有和没有标记的反射层2的区域的辐射束反射值不同的辐射束反射值。识别标记6或6’的反射值R_m取决于在识别标记6或6’的写期间使用的辐射功率。在图4中，识别标记的调制被表示为辐射束功率的函数。在这种情况下，使用780nm的半导体激光器，其利用0.50的NA聚焦。利用720kHz的具有7/16的占空比的单音载波进行写标记，所述辐射束相对于介质的速度是2.4m/s。调制量M被定义为M＝|R_m-R_r|/R_max，其中R_m是在上面确定的值，R_r是标记的轨迹4的外部的反射层的没有标记的区域的反射值，R_MAX是R_r或者R_m的最大值。调制类型可以是所谓的高-低调制，在这种情况下，R_m低于R_r，或者是低-高调制，此时R_m高于R_r。因为调制值的定义含有R_m和R_r的差的绝对值，所以调制值总是正的。在图4中，在激光功率为3mW时，调制值M急剧地增加到大约7％的值，然后基本保持恒定，直到13mW的激光功率，然后发生调制值的另一个急剧增加。应当注意，在大于13mW的激光功率下获得的大的调制可以用于进行烧蚀写操作。这种激光功率的调制类型是低-高调制。

在图1和图2的实施例中，在标记即坑的轨迹4之间具有识别标记6’。即识别标记6’被写在“脊部上面”。轨迹4的坑的读出仍然是可能的，这是因为，识别标记6或6’的调制一般小于轨迹4的坑的调制。在识别标记中写入的信息一般具有比规则的坑较低的切向密度，例如低3倍。可以利用溅射技术沉积反射层，这是本领域技术人员熟知的。这样沉积的层一般具有非晶体的结构。

识别标记6’通过反射层的材料Al₇₂Ge₂₈的固态转变而被形成，即由非晶状态转换成晶体状态。所述识别标记6’利用在可重写的记录中使用的那种大功率的激光写入，不过利用所述激光以“脊部上面”方式跟踪。通过以5mW的激光功率写所述识别标记，可以按照上面确定的公式获得7％的调制。

识别标记6通过反射层材料的固态转变形成。所述识别标记6可以在被称为初始化装置的生产设备中被写入，在所述设备中，激光束扫描和加热相对于激光束运动的反射层2到低于其熔化温度但高于其晶体化温度的温度，从而使所述非晶体的反射层2晶体化。这种生产设备晶体化一个具有多个轨迹4的径向宽度的路径。这种设备一般用于生产可重写的相变介质，但是可以用于记录按照本发明的识别标记。在光盘的内外区域，例如对于DVD或CD在23.5mm的半径以内和在58.5mm的半径以外的区域，光盘的反射层可以在初始化装置中利用脉冲激光束被局部晶体化。因此，识别标记6，例如条形码图形或者唯一的盘识别符(UDI)可被写在数据记录区域的外部。通过启动锁定于盘的旋转的脉冲序列，并使盘以恒角速度(CAV)方式旋转，识别标记6被写在盘上。在写识别标记6的期间，初始化装置的激光束不需要跟踪。因此，识别标记6可能相对于坑的轨迹4发生略微的偏心。这不会成为问题，因为识别标记6具有几十毫米的相当大的径向宽度。在识别标记6的读出期间不需要跟踪。

在图3中，通过局部除去反射层的材料而形成识别标记。在这个实施例中，最好在沉积保护覆盖层5之前写入所述识别标记6或6’。这样作的优点是，从孔中被排出从而形成识别标记6，6’的并且作为碎片重新沉积在识别标记附近的材料仍然可以例如通过吹除或其它技术被从盘上除去。用这种方式，可以抵消由碎片引起的对读出信号的干扰。甚至可以利用与衬底的一侧相对的一侧聚焦的辐射束写入识别标记，例如通过保护覆盖层5或者当尚未沉积保护覆盖层5时通过自由空间。应当注意，光学介质的读出可以通过保护覆盖层实现。这种读出方法越来越多地用于较新的高密度的介质。在这种情况下，所述覆盖层应当具有好的光学质量，同时具有均匀的厚度。

应当注意，上述的实施例只用于说明本发明，而不是用于限制本发明，并且，不脱离权利要求限定的本发明的构思，本领域技术人员能够设计出许多不同的实施例。在权利要求中，在括号内的任何标号都不应当构成对权利要求的限制。表述“包括有”，“包括”，或者“包含”不排除具有权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤。在元件前面的不定冠词不排除具有多个这样的元件。在相互不同的从属权利要求中引用的某些特征并不表示这些特征的组合不能被有利地应用。

按照本发明，提供一种用于只读目的的光学数据存储介质。所述介质具有大于50％的辐射束反射值。反射层包括由通式Al_100-yX_y表示的化合物，其中Al是铝，X是从Ge，Si中选择的元素，y是其中的X的以at.％表示的原子分数，其中5＜y＜35。反射层具有辐射束吸收能力，这使得能够实现识别标记的被控的烧蚀记录或者固相改变记录。

Claims (10)

1.一种光学数据存储介质(20)，包括具有表面区域(3)的衬底(1)，所述表面区域具有表示所存储的信息的标记的轨迹(4)，所述信息可以通过一个扫描辐射束(10)读取，反射所述辐射束(10)的反射层(2)，所述介质还具有大于50％的辐射束(10)的反射，其特征在于，所述反射层(2)包括通式为Al_100-yX_y的合金，在该通式中，Al是铝，X是从Ge和Si中选择的元素，以及y是X的以at.％表示的原子分数，其中5＜y＜35。

2.如权利要求1所述的光学数据存储介质(20)，其中X是元素Ge。

3.如权利要求1或2所述的光学数据存储介质(20)，其中y＜16。

4.如权利要求3所述的光学数据存储介质(20)，其中所述辐射束(10)具有从770-830nm的范围内选择的波长。

5.如权利要求1-4中任何一项所述的光学数据存储介质(20)，其中所述反射层(2)具有范围为10-100nm的厚度。

6.如前述权利要求中任何一项所述的光学数据存储介质(20)，其中在所述反射层(2)中存在有识别标记(6，6’)，所述识别标记(6，6’)具有一辐射束(10)的反射值，该辐射束(10)的反射值与反射层(2)的没有标记的区域的辐射束(10)的反射值不同。

7.如权利要求6所述的光学数据存储介质(20)，其中在标记的轨迹(4)之间存在有识别标记(6’)。

8.如权利要求6或7所述的光学数据存储介质(20)，其中所述识别标记(6，6’)通过局部除去反射层(2)的材料而形成。

9.如权利要求6或7所述的光学数据存储介质(20)，其中所述识别标记(6，6’)通过反射层(2)的材料的固态转变而形成。

10.如权利要求1-9中任何一项所述的光学数据存储介质(20)的应用，用于记录识别标记(6，6’)。

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