CN1864212A - 用于一次写入记录的双叠层光学数据存储介质 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于一次写入记录的双叠层光学数据存储介质(10),它利用波长λ约为655纳米的聚焦辐射光束(9)。辐射光束在记录期间射入介质(10)入射面(8)。该介质包含:至少一个基片(1,7),在其一个面上有:一个名为L0的第一记录叠层(6),包含一次写入型L0记录层,所述第一记录叠层L0的光反射值为RL0而光透射值为TL0;一个名为L1的第二记录叠层(3),包含一次写入型L1记录层,所述第二记录叠层L1的有效光反射值为RL1eff。第一记录叠层(6)所处的位置比第二记录叠层(3)更靠近入射面(8)。一个夹在记录叠层(3,6)之间的透明隔层(4)。反射率RL0和RL1eff外在下列范围内:0.12≤RL0≤0.18和0.12≤RL1eff≤0.18,由此达到了双叠层介质的改进了的灵敏度。
Description
本发明涉及一种用于一次写入记录的双叠层(dual-stack)光学数据存储介质,其利用波长λ约为655纳米并且在记录期间射入介质入射面的聚焦辐射光束,包含:
至少一个基片,在其一个面上有:
一个称为L0的第一记录叠层,包含一次写入型L0记录层,所述第一记录叠层L0的光反射值为RL0而光透射值为TL0;
一个称为L1的第二记录叠层,包含一次写入型L1记录层,所述第二记录叠层L1的有效光反射值为RLleff,
所述第一记录叠层所处的位置比所述第二记录叠层更靠近所述入射面;
一个夹在所述记录叠层之间的透明隔层。
从日本专利申请JP-11066622得知了一个在上面开始段落中描述的光学记录介质的实施例。
作为数据存储容量远超过CD的一种介质,数字通用视盘(DVD)最近已在市场上占有了一定的份额。该格式可用于只读(ROM)、可记录(R)和可重写(RW)类型。对于可记录和可重写的DVD,目前有几种相互竞争的格式:用于可记录视盘的是DVD+R、DVD-R,用于可重写视盘的是DVD+RW、DVD-RW、DVD-RAM。由于单叠层介质的最大容量为4.7GB,所以对可记录和可重写DVD格式,存在的问题都是它们有限的容量因而也就是有限的记录时间。请注意,作为ROM盘的DVD-视频(常被称为DVD-9),其具有8.5GB的双层介质,已在市场上占有可观的份额。因此迫切需要容量达到8.5GB的可记录和可重写DVD。
对DVD+RW和DVD+R来说,一个最令人关注的问题是与现有的DVD-ROM/DVD-视频播放机向下兼容。可以预计,目前正在研发的双层DVD+R能够与现有双层DVD-ROM介质实现高度的兼容;实验结果已证实,从双层的有效反射都已经达到18%以上而信号调制为60%,而这些是DVD-ROM-DL所需的。请注意,措词“双层”和“双叠层”经常互换使用。当言及双层时,实际上指的就是双叠层。对于“单叠层”和“单层”的表达,情况也是如此。
为了获得与双层(=双叠层)DVD-ROM标准兼容的双叠层可记录DVD介质,上面的L0层和下面的L1层的有效反射率都应当至少为18%,即达到最低的有效光反射水平,从而满足Rmin=0.18的规定。有效光反射指的是,当例如有两个叠层L0和L1并且光学分别聚焦在L0和L1上时,反射是作为从介质返回的有效光那一部分而测量的。最低反射率rmin=0.18是DVD-ROM双层(DL)标准的要求。
可以预期,与单叠层介质类似,记录速度也是DL介质一个非常重要的方面。特别是,由于容量翻倍,用户等待光盘记录完毕的时间也将翻倍。因此速度性能的竞争对于未来DL介质的重要性可能要超过其对于现在单层(SL)介质的重要性。在速度性能竞争方面经常提及的方面是所需的写入功率。对于染料型一次写入光盘,记录速度与所需激光功率之间几乎为线性关系。因此最大速度受制于现有(或将来)激光二极管的性能。显然,当目前研发的2.4倍速介质已经有非常高的写入功率要求时,在速度性能的竞争上,未来的DL从一开始就处于不利的地位。我们以目前最大输出功率为30毫瓦的4倍速驱动器和将来最大输出功率预计超过40毫瓦的8倍速驱动器为基准来讨论可用的功率预算。为了留有余地以应对例如驱动器发热、介质差异、灵敏度随波长而变化等因素,4倍速和8倍速单层介质的标称写入功率应当明显低于这个值,即对于2.4倍速是小于15毫瓦,对于4倍速是小于19毫瓦,而对于8倍速是小于30毫瓦。请注意,由于机械限制,DVD的速度性能在记录时将不超过16倍速,这时的写入功率估计为50毫瓦。参见图2,单层DVD+R写入功率随记录速度X因子而变化的经验公式为:PSL(X)=2.73*X+8.24(单位为毫瓦)。根据当前DVD+R-DL的研究结果,2.4倍速记录速度的写入功率预计在25毫瓦-35毫瓦的范围内(aim=30毫瓦),即对于2.4倍速双层DVD+R,写入功率预计高达单层DVD+R的两倍:PDL=2*PSL。这意味着在速度性能的竞争上,就功率的角度而言,双层DVD+R从一开始就处于非常不利的地位,参见图2。
DVD+R-DL的问题是其存储容量几乎是两倍,但是可用的记录速度却受到制约。例如DVD+R单层现在可在8倍速下记录,而DVD+R-DL却有2.4倍速的限制。如果DVD+R-DL在速度性能上能够赶上DVD+R单层,则非常有利于接受DVD+R-DL。由于受激光器功率的制约,目前DVD+R-DL介质对于赶上这种速度性竞争是太不灵敏了。
本发明的一个目的是提供一种在开头段落提及的双叠层光数据存储介质,它具有改进了的记录灵敏度。
该目的借助按照本发明的光数据存储介质而实现,其特征在于,0.12≤RL0≤0.18和0.12≤RL1eff≤0.18。申请人发现,当反射参数落在该范围内时,在读出已写入信息的信号强度与记录层灵敏度之间达到了较好的平衡。这些有效反射范围在达到多数现有DVD播放机的读取的兼容性方面是可接受的。请注意,目前,在例如基于相变技术的可重写(RW)双叠层DVD中该反射率范围是做不到的。
所述较高灵敏度使得无需较高的激光器功率就可以提高写入速度。当0.15≤RL0≤0.18和0.15≤RL1eff≤0.18时这特别有利。该范围的优点是,由于非常接近DVD-ROM DL技术指标的下限,因此在很多旧式DVD播放机内都可以播放符合这种条件的介质。显然,为了确保完全兼容现有的双层DVD-ROM介质,要求最低反射水平为18%。另一方面,从硬件角度看,实际上DVD-ROM驱动器似乎能够在低得多的反射水平下工作。对“低”反射双层DVD介质的播放能力初步测试表明,大约75%当前可用的播放机能够正确回放13%反射率的光盘。这就是说,对于15-18%的反射范围,这个百分数甚至更高。而且可以预期的是,随着对例如DVD播放机光拾取单元(OPU)的改进,在不远的将来回放低反射光盘将更为容易。
L0叠层的反射率和透射率主要通过改变半透明镜面(例如银或银合金)的厚度dL0M来调整,并且在较小的范围内用染料吸收系数来调整,例如,对于银作为镜面的情形,在感兴趣的银厚度内,反射率和透射率近似地随银的厚度线性变化;对于目前所用的叠层设计,存在下列关系:TL0(dL0Ag)=-3.7*dL0Ag+105(in%)和RL0(dL0Ag)=2*dL0Ag-8.8(in%),请注意dL0Ag的测量单位为纳米,参见图4。第一记录层厚度(染料)对L0叠层的总吸收的贡献相当小。因此L0的反射和透射在很大程度上取决于银合金厚度的选择。不幸的是,直接在半透明镜面中耗散的大部分入射激光功率对染料层的记录没有帮助:由于后者极低的热导率和前者极高的热导率,镜面内产生的热量未传递至染料。这意味着在RL0(和TL0)较大的取值范围内,L0所需的写入功率明显地保持为常数,参见图3。
由于有效L1反射率以平方关系随TL0变化:RLleff=RL1*TL0 2,因此只有高透射率的L0才能获得高反射率的L1。在RL0大体上等于RLleff时这是有利的。在这种方式下,利用光驱动器读出的辐射光束可以看到从两个叠层的平衡的反射。比较好的是使L0和L1的有效反射相等,即RLleff=RL0,因此L1的最大允许吸收被限制为ALlmax=1-RL0/TL0 2。实际上,由于衍射效应对L1反射的影响,ALlmax将更低。双层光盘L1的写入功率正比于(AL1*TL0)-1。基于此,假定对于RLleff=18%,写入功率PL1,eff=30mW,就可以估算双层光盘中L1写入功率随有效反射水平Reff的依从关系。
当利用上面给出的TL0与RL0的实验关系、平衡的L0和L1有效反射,并且假定AL1=1-RL1时,发现在12%的有效反射下,L1所需的写入功率可以减半,即与单层介质的大小一样!请注意,利用吸收值k较大的染料可以提高L0的灵敏度。计算表明,增加L0灵敏度可以使透射率实际上达到60%左右。
当第一记录叠层包含厚度为dL0M而吸收系数为kL0M的第一反射层,且L0记录层的吸收系数为kL0R而厚度为dL0R时,并且其中(kL0R*dL0R+kL0M*dL0M)<0.08*λ,则可以使TL0达到60%或以上。这可以从图9中看到,在该图中计算了两种不同染料即染料1和染料2的TL0。图7示出了这两种染料作为波长的函数的k值。
为了平衡两层的有效反射和灵敏度,有利的情况是,第二记录叠层包含第二反射层并且L1记录层的吸收系数为kL1R,而且第二记录叠层的本征(intrinsic)反射率rL1在0.30-0.60的范围内并且0.075<kL1R<0.25。图12进一步示出了k值分别为0.05、0.15和0.25时反射率与染料厚度之间的关系,这里假设采用两种不同的平整(leveling)参数(L=0.375,L=0.3)。平整参数L被定义为(ddyegroove-ddyeland)/dG,该方程式中ddyegroove为沟槽内记录层(染料)的厚度(=dR),ddyeland为岸脊(land)上记录层(染料)的厚度,而dG为预置沟槽(pregroove)的深度。对于按照本发明双叠层光学数据存储介质的L1叠层,第二反射层位于一次写入型L1记录层离入射面最远的面上。在一个实施例中,第二反射层为金属,厚度dL1M≥25nm,优选的是,染料层的厚度在0<dL1R≤3λ/4nL1R的范围内。后者的范围属于普通单叠层一次写入介质的范围。当dL1M小于25纳米时,反射率将太低。可记录双叠层DVD介质下面的L1叠层在辐射光束波长下的反射率应该较高,以便可以通过上面L0叠层而读回记录数据。
在一个实施例中,第一反射层的厚度dL0M≤16nm,优选地,dL0M≤12nm,并且主要包含的材料选自Ag、Au或Cu中之一。对于该叠层,在染料与隔层之间设置较薄的第一反射层。第一反射层是起增加反射率作用的半透明层。为了保持第一金属反射层有足够高的透射率,必须规定最大厚度和合适的材料。对于金属层,例如可以采用Ag、Au、Cu或Al或者所有它们的合金,或者还掺杂其它元素。为了获得足够透明的叠层,第一反射层的优选厚度如上所规定。
较好的是LL0R>0.025,更好的是,LL0R>0.050。通过增加L0记录层的k值,可以达到更高的灵敏度。第一记录层厚度(染料)对L0叠层总吸收的贡献相当小。因此L0的反射和透射在很大程度上取决于银(合金)厚度的选择。因此采用强吸收的染料将提高L0记录叠层的灵敏度,而对透射率和反射率基本没有不利影响。
本发明可应用于所有双层DVD可记录(R)格式。记录层的染料材料本身在记录波长λ上具有高透射率。可用的染料典型的有花青型、偶氮型、squarylium型或其它具有所需性质的有机染料材料。
在双叠层光学数据存储介质中,L0和L1叠层内都有引导辐射光束的引导沟槽。L0的引导沟槽一般设置在最靠近入射面的基片中。
在一个实施例中,L1的引导沟槽设置在透明隔层内。该实施例被称为类型1。
在另一实施例中,L1的引导沟槽设置在基片内。该实施例被称为类型2。
以下参照附图,以举例方式描述本发明的实施例,其中:
图1表示按照本发明的光学数据存储介质实施例的示意结构,它包含两个叠层L0和L1;
图2表示单层DVD+R(以圆圈标识)和DVD+R(以正方形标识)的写入功率随记录速度的变化关系和估算的双层DVD+R在反射水平为18%时的变化关系(以虚线标识);
图3表示不同反射率下L0叠层的抖动值随写入功率变化的情况,圆圈:7%的反射率,正方形:9%的反射率,十字线:18%的反射率。
图4表示一种特定叠层设计下L0透射率(正方形)和L0反射率(小方格)随银合金厚度的变化关系,该设计为沟槽深度=140nm,沟槽宽度=300nm,沟槽内的染料厚度=80nm,1×AZO染料;
图5表示理论上L1的写入功率随L0和L1有效反射率的变化关系;
图6表示低反射水平的双层DVD介质在现有DVD播放机上的回放能力;
图7表示用于DVD+R(DL)中的两种染料的吸收系数k,它是波长λ的函数;
图8-1和8-2表示计算得到的L0叠层反射率(RLO)、调制率(MLO)、透射率(TLO)和调制率与反射率之积(RLO×MLO),它们是银的厚度的函数;
图9表示经过L0的透射率TL0,它是(kL0R*dL0R+kL0M*dL0M)/λ的函数;
图10表示类型1的光学数据存储介质;
图11表示类型2的光学数据存储介质;
图12表示k值分别为0.05、0.15和0.25时本征L1反射率RL1,它是染料厚度的函数,这里假设了两个不同的平整参数(L=0.375,L=0.3)。
在图1中,示出了一种利用聚焦辐射光束9(例如波长为655nm的激光束)进行记录的双叠层光学数据存储介质10。激光束9在记录期间射入介质10的入射面8。介质10包含一个基片7,其中一面有称为L0的第一记录叠层6,包含复折射率
并且厚度为dL0R的一次写入型L0记录层。第一记录叠层L0的光学反射率为RL0而光学透射率为TL0。称为L1的第二记录叠层3包含复合折射率
并且厚度为dL1R的一次写入型L1记录层。第二记录叠层L1的光学反射率为RL0而光学透射率为TL0。光学参数都是在激光束波长下测量的。第一记录叠层6所处的位置比第二记录叠层3更为靠近入射面8。透明隔层4夹在记录叠层3与6之间。透明隔层4的厚度远大于聚焦的辐射光束9的焦深。叠层被加以调整以满足下列要求:0.12≤RL0≤0.18和0.12≤RL1eff≤0.18,其中,反射RLleff来自入射面8上的记录叠层3,它两次经过记录叠层6。比较好的是,RL0基本上等于RLleff。
进一步的详述:
对于类型1的介质(参见图10),L0叠层为:沟槽内80nm的偶氮染料/12nm银合金,L1叠层为:沟槽内100nm的偶氮染料/120nm银合金。透明隔层4的厚度为55微米。L0的光学反射率RL0为15%,L0的透射率TL0为61%,L1的有效反射率RLleff(经过L0)为15%。记录层采用在激光记录波长下比较透明的染料,可以制造出具有适用于多层叠层介质的高透射率的记录叠层。这种情形在诸如CD-R和DVD+R之类的一次写入光学介质中是典型的。L0叠层引导沟槽的深度为145nm而宽度为325nm(FWHM)。L1叠层引导沟槽的深度为170nm而宽度为370nm(FWHM)。引导沟槽G设置于透明隔层4内。
L0记录层为80nm厚的偶氮染料,其复折射率
聚焦的激光束的波长λ约655nm。(kL0R*dL0R+kL0M*dL0M)/λ=(0.08*80+3.75*12)/655=0.078,实际上小于0.08。
利用Au、Cu或这些金属的合金作为反射层材料也可获得类似的反射率。
在图2中,示出了单层DVD+R(以圆圈标识)的写入功率Pwmax随记录速度的变化关系,还示出了2.4倍速下双层DVD+R的Pwmax(以正方形标识)和估算的双层DVD+R在反射水平为18%时的写入功率Pwmax(以虚线标识)随记录速度的变化关系。显然,对于这种双叠层(18%反射率)一次写入记录介质,较快的记录速度(例如4倍速(14m/s)或更快)要求较高的写入功率Pw。在8倍速下需要60毫瓦,这超过了目前消费类记录器和驱动器所能得到的功率。因此显然需要一种更为灵敏的双层DVD+R介质。
在图3中,示出了对具有不同反射率的L0叠层平均抖动与写入功率的关系。平均抖动是写入标记偏离其最佳位置的程度。在最佳的写入功率下,平均抖动最小。圆圈的数据表示7%的反射率,正方形的数据表示9%的反射率,十字线的数据表示18%的反射率。可以看到,在较大的RL0值范围内,最佳写入功率都明显保持为常数。
在图4中,示出了一种特定叠层设计下L0透射率TL0(正方形标识)和L0反射率RL0(小方格标识)随银的厚度的变化关系,该设计为沟槽深度=140nm,沟槽宽度=300nm,沟槽内的染料厚度=80nm,1×AZO染料。L0叠层的反射率和透射率主要通过改变半透射镜面(例如银或银合金)的厚度dL0M来调整,而在较小的范围内用染料吸收系数k来调整。例如对于银作为镜面的情形,可以得出,在感兴趣的银厚度范围内,反射率和透射率近似地随银的厚度而线性变化;对于目前所用的叠层设计,存在下列关系:TL0(dL0Ag)=-3.7*dL0Ag+105(in%)和RL0(dL0Ag)=2*dL0Ag-8.8(in%),请注意dL0Ag的测量单位为纳米,
在图5中,示出了理论上L1的写入功率PL1norm随L0和L1有效反射率的变化关系。由于有效L1反射率以平方关系随TL0变化:RLleff=RL1*TL0 2,因此只能结合高透射率的L0才能获得高反射率的L1。在这种方式下,由于比较好的是使L0和L1的反射达到平衡,即RLleff=RL0,因此L1的最大允许吸收受限于ALlmax=1-RL0/TL0 2。实际上,由于衍射效应对L1反射的影响,ALlmax=将更低。双层光盘L1的写入功率PL1norm正比于(AL1*TL0)-1。基于此,可以估算双层光盘中L1写入功率随有效反射水平Reff的变化关系,假定对于RLleff=18%,写入功率PL1,eff=30mW。
当利用上面给出的TL0与RL0的经验关系:TL0(dL0Ag)=-3.7*dL0Ag+105(in%)和RL0(dL0Ag)=2*dL0Ag-8.8(in%),并假定AL1=1-RL1和RL0=RLleff时,会发现在12%的有效反射下,L1记录层所需的写入功率可以减半,即与单层介质的大小一样。请注意,利用吸收值k较大的染料可以提高L0的灵敏度,但对L0的反射率和透射率基本上没有不利影响。计算表明,透射率实际上可以达到60%左右。
在图6中,示出了低反射水平的双层DVD介质在现有DVD播放机上的回放能力。回放能力定义为能从插入的介质上正确读取数据的现有DVD播放机的百分比。
在图7中,示出了用于DVD+R(DL)中的两种染料的吸收系数k,它是波长λ的函数。染料2的吸收系数k比染料1的大。
在图8中,示出了计算得到的染料1和2的L0叠层反射率、调制率、透射率和调制率与反射率之积,它们是银的厚度的函数。
在图9中,示出了透射率TL0,它是(kL0R*dL0R+kL0M*dL0M)/λ的函数。当(kL0R*dL0R+kL0M*dL0M)/λ<0.08时,TL0可以超过60%。
在图10中,示出了所谓类型1的介质。在激光波长下是光学半透明的光学记录叠层(L0)被涂覆在透明的具有预置沟槽的基片7上。透明隔层4附着在L0叠层上。隔层4包含L1的预置沟槽(G),或者包含在涂覆于L0后在隔层4内刻制(master)的L1的预置沟槽(G)。第二记录叠层L1淀积在已形成了沟槽的隔层4上。最后涂覆的是背面的基片1。
在图11中,示出了所谓类型2的介质。在激光波长下是光学半透明的光学记录叠层(L0)被涂覆在透明的具有预置沟槽的基片7上。在激光波长下反射的第二光学记录叠层L1涂覆在第二透明的具有预置沟槽(G)的基片1上。该基片1连同L1附着在与L0在一起的基片7上,其间为透明隔层4。比较好的是,两种光盘类型的隔层厚度为40微米到70微米。
在图12中,示出了k值分别为0.05、0.15和0.25时本征L1反射率RL1,它是染料厚度dR的函数,这里假设的是两个不同的平整参数(L=0.375,L=0.3)。
本文中提出的叠层并不局限于在DVD+R-DL中使用,可以应用于任何(多叠层)基于有机染料的光学记录介质。然而规定的厚度和光学常数范围是为了满足DVD+R-DL介质的L0和L1叠层的要求的。应当指出的是,实际的标记并不一定记录在沟槽G内,而可以记录在沟槽之间的区域内(又称为岸脊(on-land))。在这种情况下,引导沟槽G仅起到伺服跟踪装置的作用,辐射光束记录斑点实际上位于岸脊上。
应当指出的是,上述实施例是阐释而非限定本发明,并且本领域内的技术人员可以在不偏离所附权利要求范围的前提下设计许多替换实施例。在权利要求书中,置于括号内的任何标号不应解释为对权利要求的限定。动词“包含”并未将那些在权利要求中未提及的单元或步骤排除在外。出现在一个单元之前的词语“一个”并未将存在多个这种单元的情形排除在外。不能仅仅因为某些技术措施是在各不相同的从属权利要求中加以引述的,就认为它们的组合不会带来有益效果。
Claims (11)
1.一种用于一次写入记录的双叠层光学数据存储介质(10),其利用波长λ约为655纳米并且在记录期间射入介质(10)的入射面(8)的聚焦辐射光束(9),包含:
至少一个基片(1,7),在其一个面上有:
一个名为L0的第一记录叠层(6),包含一次写入型L0记录层,所述第一记录叠层L0的光反射值为RL0而光透射值为TL0;
一个名为L1的第二记录叠层(3),包含一次写入型L1记录层,所述第二记录叠层L1的有效光反射值为RL1eff,
所述第一记录叠层所处的位置比所述第二记录叠层更靠近所述入射面;
一个夹在所述记录叠层(3,6)之间的透明隔层(4),
其特征在于,0.12≤RL0≤0.18和0.12≤RL1eff≤0.18。
2.如权利要求1所述的双叠层光学数据记录介质,其中,0.15≤RL0≤0.18和0.15≤RL1eff≤0.18。
3.如权利要求1或2所述的双叠层光学数据记录介质,其中,RL0与RL1eff基本上相等。
4.如权利要求1、2或3中任意一项所述的双叠层光学数据记录介质,其中,所述第一记录叠层(5)包含一个厚度为dL0M而吸收系数为kL0M的第一反射层(5),所述L0记录层的吸收系数为kL0R而厚度为dL0R,这里(kL0R*dL0R+kL0M*dL0M)<0.08*λ。
5.如权利要求1、2、3或4中任意一项所述的双叠层光学数据记录介质,其中,所述第二记录叠层包含一个第二反射层(2)并且所述L1记录层的吸收系数为kL1R,且所述第二记录叠层的本征反射率RL1在0.30-0.60的范围内,并且这里0.075<kL1R<0.25。
6.如权利要求4或5所述的双叠层光学数据记录介质,其中,所述第一反射层(5)的厚度dL0M≤16nm,并且主要包含选自Ag、Au或Cu中的一种。
7.如权利要求6所述的双叠层光学数据记录介质,其中,所述第一反射层(5)的厚度dL0M≤12nm。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的双叠层光学数据记录介质,其中,kL0R>0.025。
9.如权利要求8所述的双叠层光学数据记录介质,其中,kL0R>0.050。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的双叠层光学数据记录介质,其中,L1的引导沟槽(G)设置在所述透明隔层(4)内。
11.如权利要求1-9中任意一项所述的双叠层光学数据记录介质,其中,L1的引导沟槽(G)设置在基片(1)内。
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