DE602004005880T2

DE602004005880T2 - Optisches doppelstapel-datenspeichermedium zur einmalbeschreibbaren aufzeichnung

Info

Publication number: DE602004005880T2
Application number: DE602004005880T
Authority: DE
Inventors: Hubert C. Martens; Benno Tieke; Pierre H. Woerlee; Ronald J. Van Den Oetelaar; Wilhelmus R. Koppers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: CY1106690T1; WO2005036536A2; DK1673769T3; WO2005036536A3; ATE359584T1; MXPA06003820A; PL1673769T3; DE602004005880D1; EP1673769B1; PT1673769E; CN1864212A; HK1091939A1; SI1673769T1; CA2541595A1; TW200518069A; ES2284055T3; JP2007508646A; EP1673769A2; KR20060120021A; US20070121478A1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium zur einmal beschreibbaren Aufzeichnung unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels, das eine Wellenlänge λ von ungefähr 655 nm aufweist und während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche des Mediums eintritt, das Folgendes umfasst:

– mindestens ein Substrat, wobei auf einer Seite davon Folgendes vorhanden ist:
– ein erster Aufzeichnungsstapel, genannt L0, der eine Aufzeichnungsschicht L0 des einmal beschreibbaren Typs umfasst, wobei der erste Aufzeichnungsstapel L0 einen optischen Reflexionswert R_L0 und einen optischen Transmissionswert T_L0 aufweist,
– ein zweiter Aufzeichnungsstapel, genannt L1, der eine Aufzeichnungsschicht L1 des einmal beschreibbaren Typs umfasst, wobei der zweite Aufzeichnungsstapel L1 einen effektiven optischen Reflexionswert R_L1eff aufweist, wobei der erste Aufzeichnungsstapel an einer Position vorhanden ist, die näher an der Eintrittsfläche liegt als der zweite Aufzeichnungsstapel,
– eine transparente Abstandsschicht, die zwischen den Aufzeichnungsstapeln angeordnet ist.

Eine Ausführungsform eines optischen Aufzeichnungsmediums wie eingangs beschrieben ist aus der japanischen Patenanmeldung JP-11066622 bekannt.
In letzter Zeit hat die digitale vielseitige Platte (Digital Versatile Disk – DVD) als ein Medium mit einer viel höheren Datenspeicherkapazität als die CD Marktanteile hinzugewonnen. Dieses Format ist in einer schreibgeschützten (ROM), beschreibbaren (R) und wiederbeschreibbaren (RW) Version verfügbar. Für beschreibbare und wiederbeschreibbare DVD sind verschiedene Formate vorhanden, die miteinander in Konkurrenz stehen: DVD+R, DVD-R für beschreibbare und DVD+RW, DVD-RW, DVD-RAM für wiederbeschreibbare. Ein Problem für sowohl die beschreibbaren als auch die wiederbeschreibbaren DVD-Formate ist die begrenzte Kapazität und folglich Aufzeichnungszeit, da nur Medien mit einem Stapel mit einer maximalen Kapazität von 4.7 GB vorhanden sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass für DVD-Video, die eine ROM-Platte ist, doppelschichtige Medien mit einer Kapazität von 8.5 GB, oft als DVD-9 bezeichnet, bereits einen beträchtlichen Marktanteil haben. Somit sind beschreibbare und wiederbeschreibbare DVDs mit einer Kapazität von 8.5 GB in hohem Maße erwünscht.
Eine der Hauptsorgen für DVD+RW und DVD+R ist das Erhalten von Abwärtskompatibilität mit bestehenden DVD-ROM/DVD-Videospielern. Es wird erwartet, dass die doppelschichtige DVD+R, die gegenwärtig in Entwicklung ist, eine hohe Kompatibilität mit bestehenden doppelschichtigen DVD-ROM-Medien erzielen kann; eine effektive Reflexion von beiden Schichten über 18% und eine Signalmodulation von 60% wie für DVD-ROM-DL erforderlich wurde in Versuchen gezeigt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Ausdrücke „Doppelschicht" und „Doppelstapel" oft austauschbar verwendet werden. Tatsächlich ist, wenn Doppelschicht geschrieben wird, Doppelstapel gemeint. Das gleiche gilt für die Ausdrücke „Einzelstapel" und „Einzelschicht".
Um ein beschreibbares Doppelstapel-DVD-Medium zu erhalten, das mit dem Doppelschicht-(=Doppelstapel-)DVD-ROM-Standard kompatibel ist, muss das effektive Reflexionsvermögen von sowohl der oberen Schicht L0 als auch der unteren Schicht L1 mindestens 18% betragen, d.h. der mindeste effektive optische Reflexionspegel, um die Spezifikation einzuhalten, ist R_min = 0.18. Effektive optische Reflexion bedeutet, dass die Reflexion als der Teil des effektiven Lichts gemessen wird, der vom Medium zurückkehrt, wenn z.B. beide Stapel L0 und L1 vorhanden sind und bei Fokussierung auf L0 beziehungsweise L1. Die Mindestreflexion R_min ist eine Anforderung des DVD-ROM-Doppelschicht-(Dual Layer – DL)Standards.
Es kann erwartet werden, dass, ähnlich wie bei Einzelstapelmedien, die Aufzeichnungsgeschwindigkeit auch für DL-Medien eine sehr wichtige Frage werden wird. Insbesondere, weil die verdoppelte Kapazität für die Konsumenten eine verdoppelte Wartezeit beinhaltet, bevor eine vollständige Platte aufgezeichnet ist. So kann der Wettlauf um die höchsten Geschwindigkeiten in der Zukunft für DL-Medien sogar noch wichtiger werden als er bereits heute für Einzelschicht-(Single Layer – SL)Medien ist. Eine wiederkehrende Frage im Wettlauf um die höchsten Geschwindigkeiten ist die erforderliche Schreibleistung. Für farbstoffbasierte einmal beschreibbare Platten besteht ein nahezu lineares Verhältnis zwischen der Aufzeichnungsgeschwindigkeit und der erforderlichen Laserleistung. Aus diesem Grund ist die Höchstgeschwindigkeit durch die Fähigkeiten von bestehenden (oder zukünftigen) Laserdioden begrenzt. Offenbar ist der Anfangspunkt für einen Wettlauf um die höchsten DL-Geschwindigkeiten in der Zukunft recht ungünstig, wenn die gegenwärtig entwickelten 2.4X-Medien bereits sehr hohe Schreibleistungen erfordern. Als Maßstab für ein verfügbares Leistungsbudget können wir ein gegenwärtiges 4X-Laufwerk nehmen, das eine maximale Ausgangsleistung von 30 mW aufweist, und ein zukünftiges 8X-Laufwerk, von dem erwartet wird, dass es eine Maximalleistung von über 40 mW aufweisen wird. Um einige Margen zu erlauben, z.B. Erwärmung im Laufwerk, Variationen bei den Medien, wellenlängenabhängige Empfindlichkeitsvariation, usw., sollte die nominale Schreibleistung für 4X- und 8X-Einzelschichtmedien beträchtlich unterhalb dieses Werts liegen, d.h. < 15 mW für 2.4X, < 19 mW für 4X und < 30 mW für 8X. Es wird darauf hingewiesen, dass der Wettlauf um die höchste Geschwindigkeit für DVD aufgrund von mechanischen Einschränkungen auf 16X-Aufzeichnung beschränkt sein wird, für die die geschätzte Schreibleistung 50 mW beträgt. Empirisch ist die Abhängigkeit von Einzelschicht-DVD+R-Schreibleistung vom Schreibgeschwindigkeits-X-Faktor gegeben durch P_SL(X) 2.73·X + 8.24 (in mW), siehe 2. Basierend auf dem gegenwärtigen Stand der Forschung im Bereich der DVD+R-DL wird erwartet, dass die Schreibleistung bei 2.4X-Aufzeichnungsgeschwindigkeit in den Bereich 25 mW–35 mW (Ziel = 30 mW) fallen wird, d.h. die erwartete Schreibleistung für 2.4X-Doppelschicht-DVD+R ist zwei Mal so hoch wie für Einzelschicht-DVD+R: P_DL = 2·P_SL. Das bedeutet, dass der Anfangspunkt des Wettlaufs um die höchste Geschwindigkeit von Doppelschicht-DVD+R (vom Geschichtspunkt der Leistung) sehr ungünstig ist, siehe 2.
Das Problem bei DVD+R-DL ist, dass dabei zwei Mal soviel Speicherkapazität aber eine Einschränkung in der verfügbaren Schreibgeschwindigkeit vorhanden ist. Zum Beispiel ist eine DVD+R-Einzelschicht nun bei 8X beschreibbar, während DVD+R-DL auf 2.4X beschränkt ist. Es wäre für die Akzeptanz von DVD+R-DL sehr günstig, wenn die DVD+R-DL mit dem Wettlauf um die höchsten Geschwindigkeiten bei der DVD+R-Einzelschicht Schritt halten könnte. Die gegenwärtigen DVD+R-DL-Medien sind aufgrund der Laserleistungsbeschränkungen zu unempfindlich, um bei diesem Wettlauf um die höchste Geschwindigkeit mitzuhalten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium des eingangs erwähnten Typs zu schaffen, das eine verbesserte Aufzeichnungsempfindlichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen optischen Datenspeichermedium gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass 0.12 ≤ R₁₀ ≤ 0.18 und 0.12 ≤ R_L1eff ≤ 18. Der Anmelder hat herausgefunden, dass, wenn die Reflexionsparameter in diesen Bereich fallen, ein guter Kompromiss zwischen Signalstärke der ausgelesenen geschriebenen Informationen und der Empfindlichkeit der Aufzeichnungsschicht erreicht wird. Diese effektiven Reflexionsbereiche sind akzeptabel, um Auslesekompatibilität in einem hohen Prozentsatz von bestehenden DVD-Spielern zu erreichen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein solcher Reflexionsvermögensbereich in wiederbeschreibbaren (RW) Doppelstapel-DVDs, die z.B. auf Phasenänderungstechnologie basieren, gegenwärtig nicht erreichbar ist.
Die höhere Empfindlichkeit ermöglicht eine höhere Schreibgeschwindigkeit ohne den Bedarf an höheren Laserleistungen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn 0.15 ≤ R_L0 ≤ 0.18 und 0.15 ≤ R_L1eff ≤ 18. Dieser Bereich weist den Vorteil auf, dass ein Medium, das diese Bedingung erfüllt, mit einem hohen Wahrscheinlichkeitsgrad in älteren DVD-Spielern abgespielt werden kann, da sie sehr nahe an der Untergrenze der DVD-ROM-DL-Spezifikation liegt. Es ist klar, dass zum Gewährleisten einer vollständigen Kompatibilität mit bestehenden Doppelschicht-DVD-ROM-Medien ein Mindestreflexionspegel von 18% erforderlich ist. Andererseits scheint es, als könnten in der Praxis aus Hardwaresicht viel niedrigere Reflexionspegel durch DVD-ROM-Laufwerke und Spieler gehandhabt werden. Ein anfänglicher Test der Abspielbarkeit von Doppelschicht-DVD-Medien mit „niedrigem Reflexionsvermögen" zeigt, dass etwa 75% von einer Auswahl von gegenwärtig verfügbaren Spielern in der Lage ist, Platten mit einer Reflexion von 13% wiederzugeben. Wie gesagt ist dieser Prozentsatz im Reflexionsbereich 15–18% sogar noch höher. Ferner kann erwartet werden, dass mit Verbesserungen von Dreifach-Laser-Einheiten (Optical Pick-Up Unit – OPU) für DVD-Spieler, Platten mit geringerer Reflexion in der nahen Zukunft leichter abgespielt werden können.
Die Reflexion und Transmission von LO-Stapeln wird hauptsächlich durch die Variation der Dicke d_L0M des halbdurchlässigen Spiegels, z.B. Ag oder eine Ag-Legierung, und, in einem geringeren Ausmaß, durch das Absorptionsvermögen des Farbstoffs abgestimmt. Für den Fall von Ag z.B. stellt sich heraus, dass über den Bereich von Interesse der Ag-Dicke, die Reflexion und Transmission in etwa linear von der Ag-Dicke abhängt; für die gegenwärtig verwendete Stapelkonstruktion werden die folgenden Verhältnisse gefunden: T_L0(d_L0Ag) = –3.7·d_L0Ag + 105 (in %) und R_L0(d_L0Ag) = 2·d_L0Ag – 8.8 (in %), es wird darauf hingewiesen, dass d_L0Ag in Nanometern gemessen wird, siehe 4. Der Beitrag der Dicke der ersten Aufzeichnungsschicht (Farbstoff) zur Gesamtabsorption des L0-Spapels ist recht gering. So werden Reflexion und Transmission von L0 zu einem großen Teil durch die Wahl der Dicke der Ag-Legierung bestimmt. Unglücklicherweise trägt der große Teil von einfallender Laserleistung, die im halbdurchlässigen Spiegel direkt dissipiert wird, nicht zum Aufzeichnen der Farbstoffschicht bei: Hitze, die im Spiegel erzeugt wird, fließt aufgrund der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit der letzteren und der sehr hohen Wärmeleitfähigkeit der ersteren nicht in den Farbstoff. Dies beinhaltet, dass die erforderliche Schreibleistung über einen großen Bereich von Werten von R_L0 (und T_L0) für L0 in bemerkenswerter Weise konstant bleibt, siehe 3.
Eine hohe Reflexion von L1 kann nur zusammen mit einer hohen Transmission von L0 erreicht werden, da die effektive L1-Reflexion quadratisch von T_L0 abhängt: R_L1eff = R_L1·T_L0 ². Es ist vorteilhaft, wenn R_L0 im Wesentlichen gleich R_L1eff ist. Auf diese Weise wird eine ausgeglichene Reflexion von beiden Stapeln des Mediums durch ein ausgelesenes Strahlenbündel eines optischen Laufwerks gesehen. Vorzugsweise sind die effektiven Reflexionen von L0 und L1 gleich, d.h. R_L1eff = R_L0 und daher wird die maximal erlaubte Absorption in L1 auf A_L1max = 1 – R_L0/T_L0 ² beschränkt. Tatsächlich wird A_L1max niedriger sein, weil die Reflexion von L1 auch durch Beugungseffekte beeinflusst wird. Die Schreibleistung für L1 in einer Doppelschichtplatte wird proportional zu (A_L1·T_L0)^–1 sein. Ausgehend davon ist es möglich, die Abhängigkeit von L1-Schreibleistung vom effektiven Reflexionspegel R_eff der Doppelschichtplatten angesichts dessen, dass die Schreibleistung P_L1eff = 30 mW für R_L1eff = 18%, zu schätzen.
Beim Verwenden der oben gegebenen experimentellen Beziehung für T_L0 und R_L0, einer ausgeglichenen effektiven Reflexion von L0 und L1 und unter der Annahme, dass A_L1 = 1 – R_L1, wird herausgefunden, dass die erforderliche Schreibleistung für L1 bei einer effektiven Reflexion von 12% halbiert werden könnte, d.h. von der gleichen Größenordnung wie für Einzelschichtmedien! Es wird darauf hingewiesen, dass die Empfindlichkeit von L0 durch Verwendung eines Farbstoffs mit höherem Absorptionswert k verbessert werden kann. Berechnungen zeigen, dass die steigende Empfindlichkeit von L0 beinhaltet, dass eine Transmission von etwa 60% in der Praxis erreicht werden kann.
Eine T_L0 von 60% oder mehr kann erreicht werden, wenn der erste Aufzeichnungsstapel eine erste reflektierende Schicht mit einer Dicke d_L0M und einen Absorptionskoeffizienten k_L0M umfasst, und die Aufzeichnungsschicht L0 einen Absorptionskoeffizienten k_L0R und eine Dicke d_L0R aufweist und wo (k_L0R·d_L0R + k_L0M ·d_L0M) < 0.08·λ. Dies kann aus 9 abgeleitet werden, wobei in der Figur T_L0 für zwei unterschiedliche Farbstoffe Farbstoff 1 und Farbstoff 2 berechnet wird. Für diese zwei Farbstoffe wird in 7 k als eine Funktion der Wellenlänge gezeigt.
Zum Ausgleichen der effektiven Reflexion und der Empfindlichkeit der zwei Schichten ist es von Vorteil, wenn der zweite Aufzeichnungsstapel eine zweite reflektierende Schicht umfasst und die Aufzeichnungsschicht L1 einen Absorptionskoeffizienten k_L1R aufweist und wo die Eigenreflexion R_L1 des zweiten Aufzeichnungsstapels im Bereich 0.30–0.60 liegt und wo 0.075 < k_L1R < 0.25. Das Verhältnis zwischen Reflexion und Farbstoffdicke wird ferner in 12 für k Werte von 0.05, 0.15 beziehungsweise 0.25, unter der Annahme von zwei unterschiedlichen Nivellierungsparametern (L = 0.375, L = 0.3), veranschaulicht. Der Nivellierungsparameter L ist als (D_dyegroove – d_dyeland)/d_G definiert, wobei in der Formel D_dyegroove die (Farbstoff)dicke der Aufzeichnungsschicht in der Rille (= d_R) ist, d_dyeland die Farbstoff(dicke) der Aufzeichnungsschicht auf dem Land und d_G die Tiefe des Preegroove ist. Für den Stapel L1 des erfindungsgemäßen optischen Doppelstapel-Datenspeichermediums ist eine zweite reflektierende Schicht auf einer Seite der einmal beschreibbaren Aufzeichnungsschicht L1 vorhanden, die am weitesten von der Eintrittsfläche entfernt ist. In einer Ausführungsform ist die zweite reflektierende Schicht metallisch und weist eine Dicke von d_L1M ≥ 25 nm auf und vorzugsweise liegt die Dicke der Farbstoffschicht d_L1R im Bereich von 0 < d_L1R ≤ 3λ/4n_L1R. Der letztere Bereich ist der Bereich eines herkömmlichen einmal beschreibbaren Einzelschichtmediums. Wenn d_L1M niedriger als 25 nm ist, kann das Reflexionsvermögen zu niedrig werden. Der untere Stapel L1 eines beschreibbaren Doppelstapel-DVD-Mediums sollte bei der Strahlenbündel-Wellenlänge ein hohes Reflexionsvermögen aufweisen, um in der Lage zu sein, aufgezeichnete Daten durch den oberen Stapel L0 wiederzugeben.
In einer Ausführungsform hat die erste reflektierende Schicht eine Dicke d_L0M ≤ 16 nm, vorzugsweise d_L0M ≤ 12 nm und umfasst hauptsächlich ein von Ag, Au oder Cu ausgewähltes Material. Für diesen Stapel wird eine relativ dünne erste reflektierende Schicht zwischen dem Farbstoff und dem Abstandshalter angeordnet. Die erste reflektierende Schicht dient als eine halbdurchlässige Schicht, um das Reflexionsvermögen zu erhöhen. Eine maximale Dicke und geeignetes Material müssen angegeben werden, um die Transmission der ersten reflektierenden Schicht aus Metall ausreichend hoch zu halten. Für die Metallschicht können z.B. Ag, Au, Cu und auch Al oder Legierungen davon oder mit anderen Elementen dotiert, verwendet werden. Zum Erhalten eines ausreichend durchlässigen Stapels ist die bevorzugte Dicke der ersten reflektierenden Schicht wie oben angegeben.
Vorzugsweise k_L0R > 0.025, noch mehr zu bevorzugen > 0.050. Durch Steigern des k der Aufzeichnungsschicht L0 kann eine höhere Empfindlichkeit erreicht werden. Der Beitrag der Dicke (Farbstoff) der ersten Aufzeichnungsschicht zur Gesamtabsorption des Stapels L0 ist eher gering. So werden Reflexion und Transmission von L0 zu einem großen Teil durch die Wahl der Dicke der Ag(-Legierung) bestimmt. Aus diesem Grund wird die Wahl eines Farbstoffs mit einer höheren Absorption die Empfindlichkeit des Aufzeichnungsstapels L0 bei geringen nachteiligen Auswirkungen auf die Transmission und Reflexion steigern.
Die vorliegende Erfindung kann auf alle beschreibbaren Doppelschicht-DVD(R)-Formate angewandt werden. Das Farbstoffmaterial der Aufzeichnungsschichten hat bei der Aufzeichnungswellenlänge λ an sich eine hohe Transmission. Typische Farbstoffe, die verwendet werden können, sind Cyanin-Typ, Azo-Typ, Squarylium-Typ oder anderes organisches Farbstoffmaterial, das die gewünschten Eigenschaften hat.
Im Doppelstapel-Datenspeichermedium können Führungsrillen zum Führen des Strahlenbündels sowohl im Stapel L0 als auch im Stapel L1 vorhanden sein. Eine Führungsrille für den Stapel L0 wird normalerweise im Substrat bereitgestellt, das am Nächsten an der Eintrittsfläche liegt.
In einer Ausführungsform wird eine Führungsrille (G) für L1 in der transparenten Abstandsschicht bereitgestellt. Diese Ausführungsform wird Typ 1 genannt.
In einer anderen Ausführungsform wird die Führungsrille (G) für L1 im Substrat bereitgestellt. Diese Ausführungsform wird Typ 2 genannt.
Die Erfindung wird mit mehr Details unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erklärt. Es zeigen:
1 eine schematische Konstruktion einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Datenspeichermediums, das die zwei Stapel L0 und L1 einschließt;
2 die Abhängigkeit der Schreibleistung von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit für Einzelschicht-DVD+R (Kreise) und Doppelschicht-DVD+R (Quadrat) und die geschätzte Abhängigkeit für Doppelschicht-DVD+R bei einem Reflexionspegel von 18% (gestrichelte Linie);
3 Jitter in Bezug auf die Schreibleistung für Stapel L0, die eine unterschiedliche Reflexion haben. Kreise: 7% Reflexion, Quadrate: 9% Reflexion, Kreuze: 18% Reflexion.
4 die Abhängigkeit von Übertragung L0 (Quadrate) und Reflexion L0 (Karos) von Ag-Legierungsdicke für eine spezifische Stapelkonstruktion, d.h. Rillentiefe = 140 nm. Rillenbreite = 300 nm, Farbstoffdicke in der Rille = 80 nm; 1X AZO-Farbstoff;
5 die theoretische Schreibleistungsabhängigkeit von L1 von effektiver Reflexion von L0 und L1;
6 die Abspielbarkeit von Doppelschicht-DVD-Medien, die einen reduzierten Reflexionspegel haben, auf bestehenden DVD-Spielern;
7 den Absorptionskoeffizienten k als eine Funktion von λ für zwei Farbstoffe, die in DVD+R (DL) verwendet werden;
8-1 und 8-2 die berechnete Reflexion (R_L0), Modulation (M_L0), Transmission (T_L0) und das Produkt aus Modulation x Reflexion (R_L0·M_L0) für einen Stapel L0 als Funktion der Ag-Dicke;
9 die Transmission T_L0 durch L0 als Funktion von (k_L0R·d_L0R + k_L0M·d_L0M)/λ
10 ein optisches Datenspeichermedium des Typs 1;
11 ein optisches Datenspeichermedium des Typs 2;
12 eine Eigenreflexion R_L1 von L1 als eine Funktion der Farbstoffdicke für k Werte von 0.05, 0.15 beziehungsweise 0.25 unter der Annahme von zwei unterschiedlichen Nivellierungsparametern (L = 0.375, L = 0.3).
In 1 wird ein optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium 10 zum Aufzeichnen unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels 9, z.B. ein Laserstrahl, gezeigt, das eine Wellenlänge 655 nm hat. Der Laserstrahl 9 tritt während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche 8 des Mediums 10 ein. Das Medium 10 umfasst ein Substrat 7, bei dem auf einer Seite davon ein erster Aufzeichnungsstapel 6, L0 genannt, vorhanden ist, der eine Aufzeichnungsschicht 5 eines einmal beschreibbaren Typs L0 umfasst, die einen komplexen Brechungsindex ñ_L0 = n_L0 – i.k_L0 aufweist und eine Dicke d_L0 aufweist. Der erste Aufzeichnungsstapel L0 hat einen optischen Reflexionswert R_L0 und einen optischen Transmissionswert T_L0. Es ist ein zweiter Aufzeichnungsstapel 3, L1 genannt, vorhanden, der eine Aufzeichnungsschicht L1 eines einmal beschreibbaren Typs umfasst, die einen komplexen Brechungsindex ñ_L1 = n_L1 – i.k_L1 aufweist und eine Dicke d_L1R ist vorhanden. Die zweite Aufzeichnungsschicht L1 hat einen optischen Reflexionswert R_L1. Die optischen Parameter werden alle bei der Laserstrahl-Wellenlänge gemessen. Ein erster Aufzeichnungsstapel 6 ist an einer Position vorhanden, die näher an der Eintrittsfläche 8 liegt als der zweite Aufzeichnungsstapel 3. Eine transparente Abstandsschicht 4 ist zwischen den Aufzeichnungsstapeln 3 und 6 angeordnet. Die transparente Abstandsschicht 4 weist eine Dicke auf, die im Wesentlichen größer ist als die Fokustiefe des fokussierten Strahlenbündels 9. Die Stapel sind derart abgestimmt, dass sie die folgenden Anforderungen erfüllen 0.12 ≤ R_L0 ≤ 0.18 und 0.12 ≤ R_L1eff ≤ 18, wobei R_L1eff die effektive Reflexion vom Aufzeichnungsstapel 3 an der Eintrittsfläche 8 nach dem doppelten Durchqueren des Aufzeichnungsstapels 6 ist. Vorzugsweise ist R_L0 im Wesentlichen gleich R_L1eff.
Eine detailliertere Beschreibung:
Ein Medium des Typs 1 (siehe 10) mit einem Stapel L0: 80 nm Azo-Farbstoff in Rille/12 nm Ag-Legierung und Stapel L1: 100 nm Azo-Farbstoff/120 nm Ag-Legierung. Der transparente Abstandhalter 4 hat eine Dicke von 55 μm. Die optische Reflexion R_L0 von L0 beträgt 15%, die Transmission T_L0 von L0 beträgt 61%, die effektive Reflexion R_L1eff (durch L0) von L1 beträgt 15%. Durch die Verwendung von Farbstoffen als Aufzeichnungsschicht, wobei die Farbstoffe bei der Laseraufzeichnungs-Wellenlänge relativ transparent sind, können Aufzeichnungsstapel mit hoher Transmission, die für Vielstapelmedien zweckmäßig sind, hergestellt werden. Dies ist typischerweise der Fall von einmal beschreibbaren optischen Medien, wie CD-R und DVD+R. Der Stapel L0 weist eine Führungsrille mit einer Tiefe von 145 nm und einer Breite von 325 nm (FWHM) auf. Der Stapel L1 weist eine Führungsrille G mit einer Tiefe von 170 nm und einer Breite von 370 nm (FWHM) auf. Die Führungsrille G wird in der transparenten Abstandsschicht 4 bereitgestellt.
Die Aufzeichnungsschicht L0 ist ein 80 nm dicker Azo-Farbstoff, der einen Brechungsindex ñ_L0 = 2.45 – i.0.08 aufweist. Die Wellenlänge λ des fokussierten Laserstrahls 9 beträgt ungefähr 655 nm. (k_L0R·d_L0R + k_L0M·d_L0M)/λ = (0.08·80 + 3.75·12)/655 = 0.078, was tatsächlich kleiner ist als 0.08.
Gleichartige Reflexionswerte können unter Verwendung von Au, Cu oder Legierungen dieser Metalle als reflektierendes Schichtmaterial erhalten werden.
In 2 wird die Abhängigkeit der maximalen Schreibleistung P_wmax von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit für Einzelschicht-DVD+R (Kreise) sowie P_wmax für Doppelschicht-DVD-R (Quadrat) bei 2.4 und die geschätzte Abhängigkeit für Doppelschicht-DVD+R (gestrichelte Linie) bei einem Reflexionspegel von 18% gezeigt. Es ist klar, dass für ein solches einmal beschreibbares Doppelstapel-Aufzeichungsmedium (18% Reflexion) bei höheren Aufzeichnungsgeschwindigkeiten, d.h. 4X (14 m/s) oder höher eine relativ hohe Schreibleistung P_w erforderlich ist. Bei 8X Geschwindigkeit ist 60 mW erforderlich, was mehr ist als was momentan in Unterhaltungsrecordern und Laufwerken verfügbar ist. So ist klar, dass ein Bedarf an einem empfindlicheren Doppelschicht-DVD+R-Medium besteht.
In 3 wird der durchschnittliche Jitter in Bezug auf die Schreibleistung für Stapel L0 gezeigt, die unterschiedliche Reflexionen haben. Der durchschnittliche Jitter ist ein Maß für die Abweichung der Position von geschriebenen Markierungen von ihrer optimalen Position. Der durchschnittliche Jitter ist bei einer optimalen Schreibleistung minimal. Kreise: Reflexion 7%, Quadrate: Reflexion 9%, Kreuze: Reflexion 18%. Es wird darauf hingewiesen, dass die optimale Schreibleistung über einen großen Bereich von R_L0-Werten in bemerkenswerter Weise konstant bleibt.
In 4 wird die Abhängigkeit von Übertragung L0 T_L0 (Quadrate) und Reflexion L0 R_L0 (Karos) von Ag-Dicke für eine spezifische Stapelkonstruktion, d.h. Rillentiefe = 140 nm, Rillenbreite = 300 nm, Farbstoffdicke in der Rille = 80 nm und ein 1X AZO-Farbstoff gezeigt. Die Reflexion und Transmission von Stapeln L0 wird haupt sächlich durch die Variation der Dicke D_L0M des halbdurchlässigen Spiegels, z.B. Ag oder eine Ag-Legierung, und zu einem geringeren Ausmaß, durch das Absorptionsvermögen k des Farbstoffs abgestimmt. Im Fall von Ag stellt sich z.B. heraus, dass die Reflexion und Transmission über den Bereich der Ag-Legierungsdicke von Interesse ungefähr linear von der Dicke der Ag-Legierung abhängt; für die Stapelkonstruktion, die gegenwärtig verwendet wird, werden die folgenden Beziehungen gefunden: T_L0(d_L0Ag) = –3.7·_L0Ag + 105 (in %) und R_L0(d_L0Ag) = 2·d_L0Ag – 8.8 (in %), es wird darauf hingewiesen, dass d_L0 _Ag in Nanometern gemessen wird.
In 5 wird die theoretische Abhängigkeit von Schreibleistung von L1:P_L1norm von der effektiven Reflexion von L0 und L1 gezeigt. Eine hohe Reflexion von L1 kann nur zusammen mit einer hohen Transmission von L0 erreicht werden, da die effektive Reflexion R_L1eff von L1 quadratisch von T_L0:R_L1eff = R_L1·T_L0 ² abhängt. Da die Reflexion von L0 und L1 vorzugsweise ausgeglichen ist, d.h. R_L1eff = R_L0, ist die maximal erlaubte Absorption in L1 auf A_L1max = 1 – R_L0/T_L0 ² beschränkt. In Wirklichkeit wird A_L1max niedriger sein weil die Reflexion von L1 auch durch Brechungseffekte beeinflusst wird. P_L1norm wird in einer Doppelschichtplatte proportional zu (A_L1·T_L0)^–1 sein. Ausgehend davon ist es möglich, die Abhängigkeit von L1 Schreibleistung vom effektiven Reflexionspegel R_eff der Doppelschichtplatte zu schätzen, wenn gegeben ist, dass die Schreibleistung für R_L1eff = 18% P_L1eff = 30 mW beträgt.
Wenn die experimentellen Beziehungen für die oben gegebenen T_L0 und R_L0:T_L0(d_L0Ag) = –3.7·d_L0Ag + 105 (in %) und R_L0(d_L0Ag) = 2·d_L0Ag – 8.8 (in %) und die Annahmen, dass A_L1 = 1 – R_L1 und R_L0 = R_L1eff verwendet werden, stellt sich heraus, dass ein effektiver Reflexionspegel R_L1eff von 12% der erforderlichen optimalen Schreibleistung für die Aufzeichnungsschicht L1 halbiert wird, d.h. der gleichen Größenordnung wie für Einzelschichtmedien. Es wird darauf hingewiesen, dass die Empfindlichkeit L0 verbessert werden kann, indem ein Farbstoff mit einem höheren Absorptionswert k verwendet wird, mit geringen nachteiligen Auswirkungen auf die Reflexion und Transmission von L0. Berechnungen zeigen, dass in der Praxis eine Transmission von etwa 60% erreicht werden kann.
In 6 wird die Abspielbarkeit eines Doppelschicht-DVD-Mediums, das einen reduzierten Reflexionspegel aufweist, auf bestehende DVD-Spieler gezeigt. Die Abspielbarkeit wird als der Prozentsatz von bestehenden DVD-Spielern definiert, die die Daten vom eingeführten Medium korrekt lesen werden.
In 7 wird der Absorptionskoeffizient k als eine Funktion von λ für zwei Farbstoffe gezeigt, die in DVD+R(DL) verwendet werden. Der Farbstoff 2 hat einen höheren Absorptionswert k als der Farbstoff 1.
In 8 wird die berechnete Reflexion, Modulation, Transmission und das Produkt aus Modulation x Reflexion für einen Stapel L0 als eine Funktion von Ag-Dicke Für Farbstoff 1 und Farbstoff 2 gezeigt.
In 9 wird die Transmission T_L0 als eine Funktion von (k_L0R·d_L0R + k_L0M·d_L0M)/λ gezeigt. Eine T_L0 von mehr als 60% kann erreicht werden, wenn (k_L0R·d_L0R + k_L0M·d_L0M)/λ < 0.08.
In 10 wird ein Medium des so genannten Typs 1 gezeigt. Ein optischer Aufzeichnungsstapel (L0), der bei der Laserwellenlänge optisch halbdurchlässig ist, wird auf ein durchlässiges, mit Pregrooves versehenes Substrat 7 angewandt. Eine transparente Abstandschicht 4 ist am Stapel L0 befestigt. Die Abstandsschicht 4 enthält entweder Pregrooves (G) für L1 oder Pregrooves (G) für L1 werden nach dem Auftragen auf L0 in die Abstandsschicht 4 gemastert. Ein zweiter Aufzeichnungsstapel L1 wird auf die mit Vorrillen versehene Abstandsschicht 4 aufgebracht. Schließlich wird ein Gegensubstrat 1 aufgetragen.
In 11 wird ein Medium des so genannten Typs 2 gezeigt. Ein optischer Aufzeichnungsstapel (L0), der bei der Laserwellenlänge optisch halbdurchlässig ist, wird auf ein durchlässiges, mit Pregrooves versehenes Substrat 7 aufgetragen. Ein zweiter optischer Aufzeichnungsstapel L1, der bei der Laserwellenlänge reflektierend ist, wird auf ein zweites durchlässiges mit Pregrooves (G) versehenes Substrat 1 aufgetragen. Dieses Substrat 1 mit L1 ist am Substrat 7 mit L0 mit einer transparenten Abstandsschicht 4 dazwischen befestigt. Die bevorzugte Dicke der Abstandsschicht für beide Scheibentypen beträgt 40 μm bis 70 μm.
In 12 wird die L1 Eigenreflexion R_L1 als eine Funktion der Farbstoffdicke d_R für k Werte von 0.05, 0.15 beziehungsweise 0.25 unter der Annahme von zwei unterschiedlichen Nivellierungsparametern (L = 0.375, L = 0.3) gezeigt.
Die Stapel, die in dieser Patentschrift vorgeschlagen werden, sind nicht auf die Verwendung in DVD+R-DL beschränkt und können in irgendeinem (Vielstapel-)Aufzeichnungsmedium, das auf organischem Farbstoff basiert, angewandt werden. Die angegebene Dicke und die Bereiche für die optischen Konstanten sind indes derart, dass sie die Anforderungen für einen L0- und L1-Stapel eines DVD+R-DL-Mediums erfüllen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass das tatsächliche Aufzeichnen von Markierungen nicht notwendigerweise in der Rille G erfolgt, sondern im Bereich zwischen Rillen erfolgen kann, was auch als auf Land bezeichnet wird. In diesem Fall dient die Führungsrille lediglich als Servo-Spurverfolgungsmittel, wobei der tatsächliche Aufzeichnungsfleck des Strahlenbündels auf Land vorhanden ist.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die vorhergehend erwähnten Ausführungsformen die Erfindung veranschaulichen anstatt sie einzuschränken und dass Fachleute in der Lage sein werden, viele alternative Ausführungsformen zu konstruieren, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen. In den Ansprüchen sollen Bezugzeichen in Klammern nicht als den Anspruch einschränkend ausgelegt werden. Das Wort „umfassen" schließt nicht das Vorhandensein von Bestandteilen oder Schritten außer denjenigen, die in einem Anspruch aufgelistet werden, aus. Das Wort „ein" oder „eine", das einem Bestandteil vorausgeht, schließt nicht das Vorhandensein von mehreren solchen Bestandteilen aus. Die einfache Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in unterschiedlichen gegenseitig abhängigen Ansprüchen angeführt werden, zeigt nicht an, dass eine Kombination von diesen Maßnahmen nicht in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.
Legende der Zeichnungen
2

x-factor = X-Faktor

3

Average Jitter [%] = durchschnittlicher Jitter [%]
Write Power [mW] = Schreibleistung [mW]

6

Playability = Abspielbarkeit

7

Dye 1 = Farbstoff 1
Dye 2 = Farbstoff 2

8–9

Dye 1 = Farbstoff 1
Dye 2 = Farbstoff 2

Claims

Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium (10) zur einmal beschreibbaren Aufzeichnung unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels (9), das eine Wellenlänge λ von ungefähr 655 nm aufweist und während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche (8) des Mediums (10) eintritt, das Folgendes umfasst: – mindestens ein Substrat (1, 7), wobei auf mindestens einer Seite davon Folgendes vorhanden ist: – ein erster Aufzeichnungsstapel (6), genannt L0, der eine Aufzeichnungsschicht L0 eines einmal beschreibbaren Typs umfasst, wobei der erste Aufzeichnungsstapel L0 einen optischen Reflexionswert R_L0 und einen optischen Transmissionswert T_L0 aufweist, – einen zweiten Aufzeichnungsstapel (3), genannt L1, der eine einmal beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L1 umfasst, wobei die zweite Aufzeichnungsschicht L1 einen effektiven optischen Reflexionswert R_L1eff aufweist, wobei der erste Aufzeichnungsstapel an einer Position vorhanden ist, die näher an der Eintrittsfläche liegt als der zweite Aufzeichnungsstapel, – eine transparente Abstandsschicht (4), die zwischen den Aufzeichnungsstapeln (3, 6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass 0.12 ≤ R_L0 ≤ 0.18 und 0.12 ≤ R_L1eff≤ 0.18.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach Anspruch 1, wobei 0.15 ≤ R_L0 ≤ 0.18 und 0.15 ≤ R_L1eff ≤ 0.18.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei R_L0 im Wesentlichen gleich R_L1eff ist.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der erste Aufzeichnungsstapel eine erste reflektierende Schicht (5) mit einer Dicke d_L0M und einem Absorptionskoeffizienten k_L0M umfasst, und die Aufzeichnungsschicht L0 einen Absorptionskoeffizienten k_L0R und eine Dicke d_L0R aufweist und wo (kL0R·dL0R + kL0M·dL0M) < 0.08·λ.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, wobei der zweite Aufzeichnungsstapel eine zweite reflektierende Schicht (2) umfasst, und die Aufzeichnungsschicht L1 einen Absorptionskoeffizienten k_L1R aufweist, und wo die Eigenreflexion R_L1 des zweiten Aufzeichnungsstapels im Bereich 0.30–0.60 liegt und wo 0.075 < k_L1R < 0.25.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die erste reflektierende Schicht (5) eine Dicke d_L0M ≤ 16 nm aufweist und hauptsächlich eine Schicht umfasst, die von Ag, Au oder Cu ausgewählt ist.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach Anspruch 6, wobei die erste reflektierende Schicht (5) eine Dicke von d_L0M ≤ 12 nm aufweist.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei k_L0R > 0.025.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach Anspruch 8, wobei k_L0R > 0.050.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Führungsrille (G) für L1 in der transparenten Abstandsschicht (4) bereitgestellt wird.
Optisches Doppelstapel-Datenspeichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Führungsrille (G) für L1 im Substrat (1) bereitgestellt wird.