CN1679096A - 多叠层光学数据存储介质及其应用 - Google Patents

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Abstract

描述了一种利用聚焦辐射束(40)进行记录的多叠层光学数据存储介质(30)，该聚焦辐射束的波长为λ并且通过该介质(30)的入射面(41)入射。该介质包括第一基底(31a)，在其一侧上具有第一记录叠层(33)，记作L0，其包括可记录型L0记录层(35)并且形成在第一L0引导槽(38)中。该L0记录层(35)在槽(38)中的厚度为dL0G，与该槽(38)相邻的厚度为dL0L。第二基底(31b)在其一侧上具有第二记录叠层(32)，记作L1，其包括可记录型L1记录层(34)。该L1记录层在槽中的厚度为dL1G，与该槽相邻的厚度为dL1L。第二记录叠层(32)的位置比L0记录叠层(33)更靠近入射面(41)，并且形成在第二L1引导槽(37)中。第一L0引导槽(38)的深度小于0.15λ，且dL0L基本上等于或大于dL1G，由此实现了L0叠层(33)记录标记的反射水平及调制水平与双层DVD－ROM技术要求相兼容。

Description

多叠层光学数据存储介质及其应用
本发明涉及一种利用聚焦辐射束进行记录的多叠层光学数据存储介质，该聚焦辐射束的波长为λ并且在记录过程中通过该介质的入射面入射，包括：
-第一基底，在其一侧上具有：
-第一记录叠层，记作L0，其包括可记录型L0记录层并且形成在第一L0引导槽中，该L0记录层在槽中的厚度为dL0G，与该槽相邻的厚度为dL0L，第一反射层位于该L0记录层与第一基底之间，
-第二基底，在其一侧上具有：
-第二记录叠层，记作L1，其包括可记录型L1记录层，该L1记录层在槽中的厚度为dL1G，与该槽相邻的厚度为dL1L，所述第二记录叠层的位置比L0记录叠层更靠近入射面，并且形成在第二L1引导槽中，
-夹在记录叠层之间的透明隔离层，所述透明隔离层的厚度基本上大于聚焦辐射束的焦深。
本发明还涉及这种介质的应用。
如开篇段落中所述的光学记录介质的实施例可以从欧洲专利申请EP1067535A2中获知。该介质的最常见的实施例是圆盘。
就光学记录的市场而言，很清楚目前最重要且最成功的格式是一次性写入格式的可记录压缩盘(CD-R)。尽管早已预测可重写压缩盘(CD-RW)将取代其重要性，但是CD-R介质的实际市场规模仍然比CD-RW至少大一个数量级。而且，驱动器的最重要参数是R-介质的最大写入速度，而不是RW介质的最大写入速度。当然，市场仍然可能向CD-RW转移，这是因为例如CD-RW的Mount Rainier标准化。然而，R格式由于其与只读压缩盘(CD)的100％兼容性而已经证明非常具有吸引力。
当前，数字通用盘(DVD)作为一种数据存储量比CD高得多的介质，已经获得了一定的市场份额。目前，这种格式可用的类型有只读(ROM)和可重写(RW)类型。在可重写DVD(DVD+RW)标准之后，开发了一种新的可记录(R)、即一次性写入的DVD+R标准。新的DVD+R标准作为对DVD+RW的重要支持得到了越来越多的关注。可能的情况是终端消费者已经过于熟悉光学一次性写入格式，因而与可重写格式相比他们可能更容易接受光学一次性写入格式。
R和RW格式都存在的问题是有限的容量以及记录时间，这是因为仅存在单叠层介质。注意，对于ROM盘的DVD视频来讲，双层介质已经获得了相当大的市场份额。双层、即双叠层DVD+RW盘或许是切实可行的。然而，已经更加清楚的是，完全兼容的盘，即在双层DVD-ROM的反射和调制技术要求内的盘是非常难以实现的，并且至少要求非晶/晶体相变材料性质的重要突破，该材料用作诸如DVD+RW介质中的记录层。如果没有完全兼容性，双层DVD+RW在市场中能否成功就会受到置疑。
为了获得与双层DVD-ROM标准相兼容的双层DVD+R介质，上层L1和下层L0的有效反射率至少应为18％。有效表示当存在两个叠层L0和L1并且分别聚焦到L0和L1上时，测得的从该介质返回的有效光部分的反射率。这意味着叠层L0因此需要高得多的反射水平，例如大于50％，优选大于60％，这是因为叠层L1吸收了大部分入射和出射光。应当注意，常用的L0和L1符号规则中，符号L0是“最近的”叠层，即最接近辐射束入射面，而在本文献中，该符号规则已经改变了：现在L0是最深的叠层，L1……Ln是更接近辐射束入射面的叠层。在EP1067535A2中，使用了以下定义：dG1(对应于本文献中的dL1G)是染料层在第一或顶部信息记录/再现单元的槽中的厚度，该单元对应于L1，dG2(对应于本文献中的dL0G)是染料层在第二信息记录/再现单元的槽中的厚度，该单元对应于L0。dL1(对应于本文献中的dL1L)是染料层在对应于L1的脊上的厚度，dL2(对应于本文献中的dL0L)是染料层在对应于L0的脊上的厚度。对应于L1的槽的深度是d1，而对应于L0的槽的深度d2的定义不同。d2是在涂敷了染料层之后在染料表面上测得的脊与槽的高度差。dG2、d2和dL2设为约174、140和120nm。计算表明这对应于与L0相对应的基底中的槽深度g，约为194nm。申请人的测量已经表示了槽深度为194nm的已知介质的反向L0叠层的反射率仅为空白区域(即没有槽的区域)反射率的15％-50％。这意味着不可能达到期望的60％的反射水平，因为为了获得与双层DVD-ROM标准相兼容的双层DVD+R介质，聚焦到下层L0的数据轨道上的光束反射率应足够高(典型地＞60％，这取决于上层L1的透射率)。从生产双叠层DVD+R的角度来看，反向L0层结构是优选的，这意味着L0叠层的记录层出现在反射层的除了在基底上具有槽结构一侧之外的一侧。在EP1067535A2中，提出了dG1基本上等于dG2，dL1基本上等于dL2。而且dG1应大于dL1，而dG2应大于dL2。
本发明的目的是提供一种开篇段落中所述类型的光学数据存储介质，其L0叠层的反射水平以及L0记录叠层记录层中记录标记的调制水平与双层DVD-ROM技术要求相兼容。
根据本发明的光学存储介质已经实现了这个目的，其特征在于第一L0引导槽的深度小于0.15λ，dL0L基本上等于或大于dL1G。为了实现L0叠层的高反射率值，提出了浅槽。根据计算，深度大于0.3λ的槽也可以实现高反射率，但是从母版制作和注模的角度考虑其更难于制造。对于0.15λ以上反射率降低的解释是：覆盖了金属的槽起到辐射束波导的作用，从而由于光学效应降低了有效反射率。当深度＞0.3λ时，这些效应会再次导致反射率增加。因为在脊(即在通常形成为螺旋形的L0引导槽之间)上记录L0叠层，所以要求厚度dL0L至少基本上等于厚度dL1G。这是因为申请人已经发现了为记录具有足够调制的标记需要一个最小染料厚度。调制的定义是未记录与已记录标记的反射率值之差除以最大反射率值。在记录过程中，由于温度升高，记录层(例如染料)的光学特性变化。只有染料折射率(Δndye)的变化乘以染料厚度(即Δndye×dL0L)足够大，才可以获得足够的调制。如果dL1G的选择使得记录层L1中获得DVD-ROM技术要求所需的至少60％的调制，则实验表明：只有dL0L至少等于或大于dL1G，才可以在记录层L0中达到至少60％调制。通常，利用旋涂技术沉积记录层(例如染料)，因此当使dL0G基本上等于dL1G时，dL0L将小于dL1G，这是因为L0的脊所具有的记录层比L0的相邻槽浅。当dL0L基本上等于或大于dL1G时，补偿了这种效应，并且在L0记录层中获得了足够的标记调制水平以及较高的最大反射水平。辐射束的波长λ基本上为655nm(DVD)或者更小(对于未来的格式)。
在实施例中，dL0G基本上等于或大于2dL1L。当利用深度约为L1引导槽深度的1/5的L0引导槽时，L0叠层获得了较高的反射率值。在脊上记录L0叠层(与槽内相反)，以便获得适当的调制符号(高到低记录)。这具有另一个优点，即推挽式引导槽跟踪信号具有适当的符号(“脊上”)。参数L的定义为：L＝(dG-dL)/G，其中式dG是槽中的记录层厚度，dL是脊上的记录层厚度，G是槽的深度。这个参数是在将记录层沉积到槽结构上之后使其平整化的量度标准。通常，当具有较深的(100nm或更深)引导槽并且通过旋涂沉积记录层时，典型的平整化约为0.2～0.5。L＝0表示dG＝dL，L＝1表示在染料沉积到引导槽结构上之后其上表面完全是平的。但是当利用较浅的L0引导槽时，可以采用L＝1的平整化因子或者与其接近的值。在这种情况下，当dL0G基本上等于或大于2dL1L时，获得了较好的记录结果。
在另一实施例中，可记录型L0和L1记录层包括有机染料。在优选实施例中，dL1G大于dL1L。当利用旋涂来沉积L1记录层的染料时，该槽具有比相邻脊更厚的记录层。这有利于L1记录层的记录特性，这是因为在基于有机染料的记录中，当染料体积限制在基底表面上出现的引导槽内时，记录过程是最佳的，其中在染料中记录数据，即标记。
在实施例中，介电层可以出现在L0记录层中与存在第一反射层的一侧相反的一侧上。这样的优点在于具有更好的调制。介电层的厚度优选为5nm-120nm。
在又一实施例中，包含金属的第二反射层出现在L0记录层与存在第一反射层的一侧相反的一侧上。优选的是，第二反射层的厚度为5nm-15nm。第二反射层优选主要包括从Ag、Au和Cu的组中选出的金属。第二反射层的优点在于L0叠层的反射率更高。可能需要叠层设计的微小变化以达到良好的记录性能。
在反向L0叠层中使用浅槽的其它优点在于在辐射束反射过程中更不易察觉引导槽的抖动。抖动用于调制引导槽中的其它信息，例如地址或时间信号。当例如使用深度GL0为160nm的引导槽时，在与抖动具有相同周期的信号中可以看到15％的变化。当槽深GL0为35nm时，这种变化基本不出现。
参照附图更加详细地阐述本发明，其中
图1表示了反向L0 DVD+R叠层的空白区域(镜面)和槽区域的反射率。槽深为126nm。槽区域的反射率仅仅约为空白区域的反射率的15％，
图2表示了反向L0 DVD+R叠层的空白区域(镜面)和槽区域的反射率。槽深为35nm。槽区域的反射率约为空白区域的反射率的85％，
图3示意性地表示了根据本发明反向L0叠层实施例的横截面图，
图4a和4b表示了根据本发明的叠层设计模拟研究的计算结果，
图5a和5b表示了根据本发明的另一叠层设计模拟研究的计算结果，
图6表示了为参考盘计算的反射和调制，该基准盘为单层DVD+R。
在图1中，表示了在使用槽深度GL0为126nm的基底时(不是根据本发明的)，对反向L0DVD+R叠层的实验结果。槽区域的反射率约为空白区域(镜面)的反射率的15％。这个值是不可接收的。
在图2中，表示了对反向L0DVD+R叠层的实验结果。使用了根据本发明的槽深度约为35nm的DVD+RW基底。槽区域的反射率约为空白区域的反射率的85％，其显著地高于更深的槽的反射率。该盘仍然表现出足够的推挽信号，因此可以进行跟踪。实验还表明可以写入数据，尽管调制似乎较低(10％、11T载波噪声比CNR～30dB)，但是了利用图5和图6的叠层设计，可以获得高调制。
L0基底31a具有35nm的深槽，其FWHM宽度WL0为300nm、反射层39为100nm的Ag，和80nm的偶氮染料记录层35以及保护层。能够使用的典型染料是(酞)花青型、偶氮型、squarylium型、pyrromethene型或具有需要特性的其它有机染料材料。
在图3中，表示了用于记录的多叠层光学数据存储介质30。在记录过程中，聚焦辐射束，即655nm激光束40入射通过介质30的入射表面41。该介质包括第一基底31a，在该基底一侧上具有第一记录叠层33(记作L0)，其包括可记录型L0记录层35，即偶氮染料。L0记录层形成在位于第一基底31a中的第一L0引导槽38中，第一反射层39位于L0记录层35与第一基底31a之间。第二基底31b在其一侧上具有第二记录叠层32(记作L1)，其包括可记录偶氮染料型L1记录层34。第二L1记录叠层32的位置比L0记录叠层33更接近入射表面，并且其形成在第二L1引导槽37中。透明隔离层36夹在记录叠层32、33之间并且厚度约为40μm。第一L0引导槽38深度为35nm。具有L0的第一基底31a附着于具有L1的基底，二者之间具有透明隔离层36，其起到粘结层的作用。包括例如Cu或Ag的半透明反射层42邻接L1记录层34。被称为叠层1和叠层2的特别适合的L0叠层设计方案将在本文献其它位置参照图5和图6的说明进行讨论。对于这两种盘类型的优选隔离层厚度是40μm到70μm。一种特别的实施例是：
L1：dL1G＝80nm，dL1L＝30nmm染料/12nm Ag/UV可固化树脂(保护层)，L1引导槽深度为160nm；
L0：100nm(ZnS)80(SiO2)20/dL0L＝120nm，dL0G＝150nm染料/100nmAg，L0引导槽深度为30nm；
并且隔离层厚度为50μm。L1的有效反射率约为19％，L0的有效反射率(通过L1测得的)约为19％。
可记录双叠层DVD盘的上部L1叠层应具有高透明度，以便对下部的L0叠层进行寻址。同时，L1优选应具有至少18％的反射率，以便达到双层DVD-ROM的技术要求。此处提出的叠层不限于用于DVD+R-DL，并且也能够用于任意(多叠层)的基于有机染料的光学记录介质。
在图4a和4b中，示出了具有以下设计的叠层的模拟结果：
叠层1：
-基底31a中的引导槽深30到40nm，
-100nm的光学闭合Ag第一反射层39。也可以使用其它金属，例如Au、Cu或Al，
-偶氮染料层，脊上厚度为130nm，该染料对于波长为655nm的辐射束的折射率为2.24-0.02i，其对应于典型的DVD-R染料，
-80到120nm(ZnS)80(SiO2)20，其它的n～2.1的电介质产生相同的结果。
对于浅槽的情况，这种设计方案将反向L0记录叠层的高反射率和高调制相组合。应在(与槽内相反)脊上记录该叠层，以便获得适当的调制符号(高到低记录)。这样的另一个优点是推挽信号具有适当的符号(“脊上”)。早先描述了参数L的定义。
在图4a中，表示了作为脊上染料厚度dL的函数的脊上反射率的计算结果。
在图4b中，表示了作为槽脊上染料厚度dL的函数的脊上调制的计算结果。水平虚线表示了所需的最小水平。可以注意到，当染料厚度范围约为100-130nm时达到该所需的水平。
利用这个叠层1获得的实验结果是：75％的高调制和61％的高反射水平。调制通常定义为(Rmark-Rno-mark)/Rmax，其中式Rmark和Rno-mark分别是出现写入标记和未出现标记时读取激光束的反射水平，Rmax是最大反射率。写入L0层所需的激光束功率仅为7mW，考虑到存在L1叠层，该功率值是有利的，这是因为L1叠层会吸收较大部分功率。
在图5中所表示具有以下设计的叠层的模拟结果：
叠层2：
-基底31a中的引导槽深30到40nm，
-100nm的光学闭合Ag反射层39。也可以使用其它金属，例如Au、Cu或Al，
-偶氮染料层，脊上厚度为100到130nm，该染料对于波长为655nm的辐射束的折射率为2.24-0.02i，其对应于典型的DVD-R染料，
-5到15nm的Ag的第二反射层，也可以使用其它金属，例如Au或Cu。
利用这个叠层2获得的实验结果是：75％的高调制和64％的高反射水平。写入L0层所需的激光束功率仅为7mW，考虑到存在L1叠层，该功率值是有利的，这是因为L1叠层会吸收较大部分功率。
附图中没有表示的第三叠层设计也是可能的，描述如下：
叠层3：
-基底1a的引导槽深30到40nm，
-100nm的光学闭合Ag反射层39。也可以使用其它金属，例如Au、Cu或Al，
-偶氮染料层35，脊上厚度为90到160nm，该染料对于波长为655nm的辐射束的折射率为2.24-0.02i，其对应于典型的DVD-R染料，
-5到50nm的SiO2层，也可以使用其它电介质。
这种第三叠层设计方案的优点在于其与第二叠层设计方案相比更易于制造。
在图6中，作为实例表示了常规单叠层DVD+R盘的结果。染料的折射率取2.24-0.02i(这对应于典型染料)。根据计算，染料厚度约为80到90nm时，槽上反射率曲线72和槽上调制曲线71都为最佳值。算得的反射率和调制程度与实验获得的值相当吻合。为了实现L0层良好的信号质量，试图获得结合高反射率与高调制(均＞60％)的叠层设计方案。结论是对于直接三层叠层设计，大多数情况下槽内记录信号具有错误的极性(低到高记录，未示出)。因此，对于浅槽的情况来讲，可以考虑脊上记录，或者更复杂的叠层设计方案。
根据本发明的图4和图5的叠层设计方案都具有较高的记录标记调制值和有效L0叠层反射值，即达到了双层DVD的技术要求。注意，此处提出的叠层对于较浅的槽(即大约35nm)是最佳的，但是其它槽的深度也是可以的，例如＜80nm。最佳槽的深度与辐射束波长λ成比例。
应当理解，上述实施例是说明而非限定本发明，并且本领域的技术人员能够在不背离所附权利要求范围的情况下设计出许多可选实施例。在权利要求书中，任何置于括号中的附图标记不应构成对权利要求的限定。词语“包含”不排除不同于权利要求中列出的元件或步骤的出现。元件前的词语“一个”不排除多个这种元件的出现。基本情况是彼此不同的权利要求中引述的某种方法不表示这些方法的组合不能加以利用。
根据本发明，描述了一种多叠层光学数据存储介质，其用于利用聚焦辐射束进行记录，该辐射束波长为λ并且通过介质的入射表面入射。该介质具有第一基底，在该基底一侧上具有第一记录叠层L0，第一记录叠层L0包括可记录型L0记录层并且形成在第一L0引导槽中。L0记录层在槽中的厚度为dL0G，与槽相邻的厚度为dL0L，并且在L0记录层和第一基底之间存在第一反射层。第二基底，在其一侧上具有第二记录叠层，记作L1，包括可记录型L1记录层。L1记录层在槽中的厚度为dL1G，与槽相邻的厚度为dL1L。第二记录叠层的位置比L0记录叠层更接近入射表面，并且其形成在第二L1引导槽中。第一L0引导槽的深度小于0.15λ，且dL0L基本上等于或大于dL1G，由此实现了记录标记的反射水平和调制水平与双层DVD-ROM技术要求相兼容的L0叠层。

Claims (10)

1.一种利用聚焦辐射束进行记录的多叠层光学数据存储介质，该聚焦辐射束的波长为λ并且在记录过程中通过该介质的入射面入射，包括：
-第一基底，在其一侧上具有：
-第一记录叠层，记作L0，其包括可记录型L0记录层并且形成在第一L0引导槽中，该L0记录层在槽中的厚度为dL0G，与该槽相邻的厚度为dL0L，第一反射层位于该L0记录层与第一基底之间，
-第二基底，在其一侧上具有：
-第二记录叠层，记作L1，其包括可记录型L1记录层，该L1记录层在槽中的厚度为dL1G，与该槽相邻的厚度为dL1L，所述第二记录叠层的位置比L0记录叠层更靠近入射面，并且形成在第二L1引导槽中，
-夹在记录叠层之间的透明隔离层，所述透明隔离层的厚度基本上大于聚焦辐射束的焦深，
其特征在于第一L0引导槽的深度小于0.15λ，且dL0L基本上等于或大于dL1G。
2.根据权利要求1所述的多叠层光学数据存储介质，其中dL0G基本上等于或大于2dL1L。
3.根据权利要求1所述的多叠层光学数据存储介质，其中可记录型L0和L1记录层包含有机染料。
4.根据权利要求3所述的多叠层光学数据存储介质，其中dL1G大于dL1L。
5.根据权利要求4所述的多叠层光学数据存储介质，其中在L0记录层的与存在第一反射层的一侧相反的一侧上有介电层。
6.根据权利要求5所述的多叠层光学数据存储介质，其中该介电层的厚度为5nm-120nm。
7.根据权利要求4所述的多叠层光学数据存储介质，其中在L0记录层的与存在第一反射层的一侧相反的一侧上有包含金属的第二反射层。
8.根据权利要求7所述的多叠层光学数据存储介质，其中该第二反射层的厚度为5nm-15nm。
9.根据权利要求7或8所述的多叠层光学数据存储介质，其中第二反射层主要包括从包含Ag、Au和Cu的组中选出的金属。
10.根据前面权利要求中任一项所述的光学数据存储介质在多叠层记录中的应用，其中第一记录叠层L0的反射率水平大于50％，L0记录层中记录标记的调制大于60％。
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