DE60317827T2 - Doppelschichtiges optisches aufzeichnungsmedium und der gebrauch eines solchen mediums - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Datenspeichermedium mit zwei Schichtenfolgen (Dual-Stack-Datenspeichermedium) zum Aufzeichnen unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels, das eine Wellenlänge λ von etwa 655 nm hat und während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche des Mediums eintritt, umfassend:
    • – mindestens ein Substrat, wobei auf einer Seite hiervon Folgendes vorhanden ist:
    • – eine erste Aufzeichnungsschichtenfolge L0, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L0 umfasst, wobei die erste Aufzeichnungsschichtenfolge L0 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL0 der optischen Reflexion und einen Wert AL0 der optischen Absorption hat und die beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L0 bei der Wellenlänge λ einen komplexen Brechungsindex ñL0λ = nL0λ – i·kL0λ und eine Dicke dL0 hat,
    • – eine zweite Aufzeichnungsschichtenfolge L1, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L1 umfasst, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge L1 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL1 der optischen Reflexion und einen Wert AL1 der optischen Absorption hat und die beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L1 bei der Wellenlänge λ einen komplexen Brechungsindex ñL1λ = nL1λ – i·kL1λ und eine Dicke du hat, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge näher an der Eintrittsfläche liegt als die erste Aufzeichnungsschichtenfolge,
    • – eine transparente Trennschicht, die sandwichartig zwischen den Aufzeichnungsschichtenfolgen angeordnet ist, wobei die transparente Trennschicht eine Dicke besitzt, die wesentlich größer als die Brennpunkttiefe des fokussierten Strahlenbündels ist.
  • Eine Ausführungsform eines optischen Aufzeichnungsmediums, das im einleitenden Absatz beschrieben wurde, ist aus der japanischen Patentanmeldung JP-11066622 bekannt.
  • Im Hinblick auf den Markt für die optische Aufzeichnung ist es klar, dass das bislang wichtigste und erfolgreichste Format ein einmal beschreibbares Format ist, und zwar die beschreibbare Compact Disc (CD-R). Obwohl seit langem vorhergesagt wurde, dass die Bedeutung der wiederbeschreibbaren Compact Disc (CD-RW) noch größer wird, ist der gegenwärtige Marktanteil von CD-R-Medien immer noch um mindestens eine Größenordnung größer als jener für CD-RW. Des Weiteren ist der wichtigste Parameter für Laufwerke die maximale Schreibgeschwindigkeit für R-Medien und nicht für RW. Eine mögliche Marktverschiebung hin zu CD-RW ist natürlich immer noch möglich, z. B. wegen der Standardisierung nach Mount Rainier für CD-RW. Das R-Format hat sich jedoch infolge seiner 100%igen Kompatibilität mit nur-lesbaren Compact Discs (CD) als sehr attraktiv erwiesen.
  • Vor kurzem hat die Digital Versatile Disc (DVD) als ein Medium mit einer viel höheren Datenspeicherkapazität als die CD an Marktanteil hinzugewonnen. Dieses Format steht gegenwärtig als nur-lesbare Version (ROM) und als wiederbeschreibbare Version (RW) zur Verfügung. Neben dem wiederbeschreibbaren DVD-Standard (DVD+RW) wurde ein neuer beschreibbarer (R), d. h. einmal beschreibbarer, Standard entwickelt, der Standard DVD+R. Der neue Standard DVD+R erlangt immer mehr Beachtung als wichtige Unterstützung für DVD+RW. Ein mögliches Szenario besteht darin, dass die Endkunden mit einem optischen einmal beschreibbaren Format so vertraut werden, dass sie es leichter als ein wiederbeschreibbares Format akzeptieren könnten. Vor kurzem wurde ein neues Format mit der Bezeichnung Blu-ray Disc (BD) mit einer noch höheren Speicherkapazität eingeführt. Für dieses Format werden ebenfalls R- und RW-Versionen eingeführt.
  • Ein Problem sowohl beim R-Format als auch beim RW-Format ist die beschränkte Kapazität und somit die Aufzeichnungsdauer, da lediglich Single-Stack-Medien (Medien mit einer Schichtenfolge) vorhanden sind. Es wird angemerkt, dass bei DVD-Video, das eine ROM-Platte ist, zweischichtige Medien bereits einen beträchtlichen Marktanteil haben. Eine zweischichtige DVD+RW, d. h. eine Dual-Stack-DVD+RW, ist wahrscheinlich realisierbar. Es ist jedoch deutlich geworden, dass eine vollständig kompatible Platte, d. h. die innerhalb der Reflexions- und Modulationsspezifikationen der zweischichtigen DVD-ROM liegt, sehr schwer zu erreichen ist und zumindest einen wesentlichen Durchbruch bei den Eigenschaften der amorphen/kristallinen Phasenänderungsmaterialien erfordert, die z. B. in DVD+RW-Medien als Aufzeichnungsschichten verwendet werden. Ohne eine vollständige Kompatibilität ist der Erfolg einer zweischichtigen DVD+RW auf dem Markt fraglich.
  • Um z. B. ein Dual-Stack-DVD+R-Medium zu erhalten, das mit dem zweischichtigen (= Dual-Stack) DVD-ROM-Standard kompatibel ist, sollte das effektive Reflexionsvermögen sowohl der oberen Schicht L1 als auch der unteren Schicht L0 mindestens 18% betragen. Allgemeiner kann gesagt werden, dass ein Dual-Stack-Medium der neuen Generation einen minimalen Pegel Rmin der effektiven optischen Reflexion erfordert, um eine Spezifikation einzuhalten, wobei z. B. für eine Dual-Stack-BD der erwartete Wert von Rmin 0,04 beträgt und für eine Dual-Stack-BD, die mit einer Single-Stack-BD kompatibel ist, Rmin = 0,12 ist. Effektive optische Reflexion bedeutet, dass die Reflexion als der Anteil des effektiven Lichts gemessen wird, das vom Medium zurückkommt, wenn z. B. beide Schichtenfolgen L0 und L1 vorhanden sind und auf L0 bzw. L1 fokussiert wird. Die Bedingungen, die an die Werte von optischer Reflexion, Absorption und Transmission der Schichtenfolgen gestellt werden müssen, damit eine solche Spezifikation eingehalten wird, sind bei Weitem nicht trivial. Im Dokument JP-11066622 ist über Anforderungen in Bezug auf Werte von optischer Reflexion, Absorption und Transmission der Schichtenfolgen nichts erwähnt. Es sollte angemerkt werden, dass in diesem Dokument die normalerweise verwendete Konvention der Bezeichnung von L0 und L1, bei der L0 die "nächstliegende" Schichtenfolge bedeutet, d. h. die der Strahlenbündel-Eintrittsfläche am nächsten ist, geändert wurde: L0 ist nun die, von der Strahlenbündel-Eintrittsfläche betrachtet, tiefste Schichtenfolge, und L1 ist die Schichtenfolge, die näher an der Strahlenbündel-Eintrittsfläche liegt.
  • In der europäischen Patentanmeldung EP 1143431 A2 ist ein optisches Aufzeichnungsmedium des Typs offenbart, der in der Einleitung beschrieben wurde, wobei AL0 = 12% und RL0 = 20% ist.
  • Das Dokument WO02/099796 A1 , das für die Abgrenzung in zweiteiliger Form des angefügten Anspruchs 1 verwendet wird, beschreibt eine wiederbeschreibbare Dual-Stack-DVD.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Datenspeichermedium der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das einen Pegel der effektiven optischen Reflexion sowohl der Schichtenfolge L0 als auch der Schichtenfolge L1 hat, der größer als ein festgelegter Wert Rmin ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein optisches Speichermedium, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
    Figure 00040001
    ist, wobei Rmin = 0,18 ist, und dass die folgenden Formeln erfüllt sind:
    Figure 00040002
    Für ein gegebenes optisches Datenspeichermedium sollte die effektive Reflexion beider Aufzeichnungsschichtenfolgen einer Dual-Stack-Platte immer über einer festgelegten minimalen Reflexion Rmin liegen. Das impliziert, dass die effektive Reflexion von L1 das folgende Kriterium erfüllen sollte: RL1eff = RL1 ≥ Rmin Gl. (1).
  • Für L0 sollte die effektive Reflexion sein: RL0eff = RL0·TL1 2 ≥ Rmin Gl. (2).
  • Dadurch wird eine Bedingung für die Transmission von L1
    Figure 00040003
    erhalten. Die Gleichungen (1) und (3) zeigen, dass die optischen Eigenschaften des gesamten Dual-Stack-Mediums hauptsächlich durch die optischen Eigenschaften von L1 definiert sind. Die Kombination der Gleichungen (1) und (3) definiert direkt eine Bedingung für die zulässige Absorption von L1:
    Figure 00040004
  • Der Maximalwert AL1, der jemals zulässig ist, wird für die maximale Reflexion von L0 erreicht, d. h. wenn RL0 = 1. In diesem Fall wird außerdem die höchstmögliche effektive Reflexion von L0 erhalten. Dadurch kann ein Maximalwert für die Absorption in L1, die noch zulässig ist, wie folgt erhalten werden:
    Figure 00040005
  • Die Wahl RL0 = 1 impliziert, dass es unmöglich ist, Daten in L0 zu schreiben, da keine Absorption optischer Strahlung erfolgt. Diese extreme Situation könnte z. B. bei einer beschreibbaren Dual-Stack-ROM-Platte oder einer Platte mit beschreibbarer L1-Schicht und ROM-L0-Schicht angewendet werden.
  • In einer Ausführungsform gilt AL1 ≤ AL0. Damit Informationen durch optische Mittel in L0 aufgezeichnet werden können, sollte die Schichtenfolge L0 bei der Wellenlänge des Strahlenbündels, z. B. eines Lasers, eine endliche optische Absorption haben. Da lediglich ein Teil des Lichts des Aufzeichnungslasers durch L1 durchgelassen wird, soll te L0 empfindlicher gemacht werden, d. h. eine größere Absorption als L1 haben, um die erforderliche Schreibleistung in annehmbaren Grenzen zu halten. Für eine beschreibbare Dual-Stack-Platte erscheint es natürlich, die folgenden beiden Bedingungen aufzustellen: (i) eine gleiche effektive Reflexion beider Schichten (gleiche Signalamplituden, was vom Standpunkt der Ansteuerung zu bevorzugen ist) und (ii) eine gleiche effektive Absorption in beiden Schichten (unabhängig von der Schicht werden gleiche Schreibleistungen benötigt). Diese beiden Grenzbedingungen bewirken eine bevorzugte Absorption in L1, die gegeben ist durch: AIpref = 1 – 3Rmin/4 – 1/4 – 1/4·[(1 – Rmin)2 + 8Rmin]1/2 Gl. (6).
  • Dann ist die bevorzugte Absorption in L0 (unter der Voraussetzung TL0 = 0) gegeben durch: A0pref = 1 – Rmin/{1/4 – Rmin/4 + 1/4·[(1 – Rmin)2 + 8Rmin]2/1}2 Gl. (7).
  • Der nächste Schritt besteht darin, zu erkennen, dass die Absorption in L0 und L1 hauptsächlich durch die Dicke der Aufzeichnungsschicht dL in L0 bzw. L1 und den Absorptionskoeffizienten kLλ des Materials der Aufzeichnungsschicht in L0 bzw. L1 festgelegt ist (kLλ ist der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex nLλ??). Um die Absorption in der Aufzeichnungsschichtenfolge abzuschätzen, wird die Wirkung eines möglichen zweischichtigen Aufbaus der Schichtenfolge weggelassen, was die folgenden Vereinfachungen impliziert: (i) Interferenzeffekte in der Aufzeichnungsschicht werden vernachlässigt, (ii) eine mögliche Absorption in zusätzlichen Schichten, die vorhanden sein können, wird vernachlässigt, (iii) die Aufzeichnungsschicht ist zwischen zwei halbunendliche Medien eingebettet, die einen komplexen Brechungsindex n0 und n2 haben, siehe 5. Das obere umgebende Medium ist typischerweise transparent (Substrat für L1 und Abstandhalter für L0), während das untere Medium entweder transparent (Abstandhalter für L1) oder stark reflektierend (Spiegel für L0) ist. Dann hängt die Absorption der optischen Leistung in dieser Schicht sowohl von dL als auch von kL exponentiell ab und wird berechnet als:
    Figure 00050001
  • λ ist die Wellenlänge des Lasers. Der Term (1 + |(nL – n2)/(nL + n2)|) im Exponenten ist ein Maß für den Anstieg der effektiven Dicke infolge des Anteils des Lichts, der an der zweiten Grenzfläche der Aufzeichnungsschicht reflektiert wird, siehe 5. Durch den Multiplikationsfaktor (1 – |(nL – n0)/(nL + n0)|2) wird das Licht berücksichtigt, das an der ersten Grenzfläche reflektiert wird.
  • Die Schichtenfolge L1 wird üblicherweise sowohl für endliche Reflexion als auch für endliche Transmission eingestellt. Dann ist der vorherrschende Beitrag zur Absorption der Schichtenfolge die Absorption bei einem einmaligen Durchgang von Licht. Die Schichtenfolge L0 wird für einen hohen Reflexionsgrad eingestellt und die Absorption der Schichtenfolge liegt nahe an der für einen doppelten Durchgang von Licht.
  • Vorzugsweise gilt 1,5AL1 ≤ AL0 ≤ 2,5AL1. Aus 4 kann erkannt werden, dass für eine gleiche Schreibleistung in L0 und L1 die Absorption in L0 typischerweise ungefähr das Doppelte der Absorption in L1 sein sollte. Für den interessantesten Bereich, d. h. eine endliche Absorption, um einen hohen Wert von T in L1 und einen hohen Wert von R in L0 zu erreichen, wird durch den doppelten Durchgang ungefähr eine doppelt so große Absorption erzielt. Damit die Absorption beider Schichten im geforderten Bereich liegt, gilt somit für beide Schichten das Folgende:
    Figure 00060001
  • Aus 6 kann erkannt werden, dass diese Näherung für die Schichtenfolgen des Typs L1 die beste ist, bei der natürlich Interferenzeffekte eine weniger wichtige Rolle spielen.
  • Ein Effekt, der in den oben genannten Berechnungen nicht berücksichtigt wurde, ist das Vorhandensein von Führungsrillen im Medium, die normalerweise für Spurverfolgungszwecke in jeder Aufzeichnungsschichtenfolge angrenzend an die Aufzeichnungsschicht vorhanden sind. Infolge dieser Rillen wird das Strahlenbündel gebeugt und lediglich ein Teil (oder kein Teil) des gebeugten Lichts wird durch den Reflexions-/Transmissionsmessaufbau erfasst. Somit erscheint die Beugung als eine Art Absorption. Die Beugung wird verwendet, um Spurverfolgungssignale wie Gegentaktsignale und Spurquersignale zu erzeugen, wobei diese Signale vorzugsweise an beiden Schichtenfolgen die gleiche Größe besitzen, um Einstellungen an den Servosystemen beim Umschalten zwischen den Schichtenfolgen zu minimieren. Das wiederum bedeutet, dass für beide Schichten eine ähnliche Lichtmenge bei der Reflexions-/Transmissionsmessung verloren geht. Das bedeutet, dass die angegebenen Absorptionsbereiche und der k/d-Bereich wirklich den oberen zulässigen Grenzwert darstellen, da der Bereich unter der Voraussetzung abgeleitet wurde, dass überhaupt keine Beugungsverluste auftreten.
  • Für die beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L1, die bei der Wellenlänge λ einen komplexen Brechungsindex ñL1λ = nL1λ – i·kL1λ und eine Dicke dL1 hat, ist die folgende Formel erfüllt:
    Figure 00070001
    wobei kL1λ in der Formel der Absorptionskoeffizient der Aufzeichnungsschicht L1 ist.
  • Für die beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L0, die bei der Wellenlänge λ einen komplexen Brechungsindex ñL0λ = nL0λ – i·kL0λ und eine Dicke dL0 hat, ist die folgende Formel erfüllt:
    Figure 00070002
    wobei kL0λ in der Formel der Absorptionskoeffizient der Aufzeichnungsschicht L0 ist.
  • Es wird angemerkt, dass die obige Analysis für niedrige k-Werte (k < 1) genauer ist; für k > 1 wird die dargestellte Formel ungenau, sie kann jedoch trotzdem als eine grobe Schätzung dienen. Es sollte ferner angemerkt werden, dass die Definition der Dicke dL0 und dL1 der Aufzeichnungsschichten weitere Erläuterungen erforderlich macht. Es kann z. B. sein, dass sich die Aufzeichnungsschichtdicke in einer Führungsrille von der Dicke zwischen den Führungsrillen infolge von Ausgleichseffekten während der Aufbringung der Aufzeichnungsschicht, beispielsweise durch Rotationsbeschichtung, unterscheidet. Deswegen ist die Dicke der Aufzeichnungsschicht als die Dicke an der Stelle definiert, wo der fokussierte Punkt des Strahlenbündels während des Aufzeichnens und Auslesens vorhanden ist.
  • Um ein beschreibbares optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium zu erhalten, das die Spezifikationen der zweischichtigen (= Dual-Stack) DVD-ROM-Platte erfüllt, ist es erforderlich, dass λ etwa 655 nm beträgt, Rmin = 0,18 ist und dass kL0λ und kL1λ die Bedingungen der Gleichungen (9) und (10) erfüllen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Dual-Stack-Datenspeichermediums zum Aufzeichnen unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels zu schaffen, das eine Wellenlänge λ hat und beim Aufzeichnen durch eine Eintrittsfläche des Mediums eintritt, wobei die Schichtenfolgen des Mediums einen Pegel der effektiven optischen Reflexion aufweisen, der größer ist als ein festgelegter Wert Rmin, wobei das Medium mindestens ein Substrat umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, um auf dem mindestens einen Substrat Folgendes abzuscheiden:
    • – eine erste Aufzeichnungsschichtenfolge L0, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L0 umfasst, wobei die erste Aufzeichnungsschichtenfolge L0 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL0 der optischen Reflexion und einen Wert AL0 der optischen Absorption hat,
    • – eine zweite Aufzeichnungsschichtenfolge mit der Bezeichnung L1, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L1 umfasst, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge L1 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL1 der optischen Reflexion und einen Wert AL1 der optischen Absorption hat, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge näher an der Eintrittsfläche als die erste Aufzeichnungsschichtenfolge liegt,
    • – eine transparente Trennschicht, die sandwichartig zwischen den Aufzeichnungsschichtenfolgen angeordnet ist, wobei die transparente Trennschicht eine Dicke hat, die wesentlich größer ist als die Brennpunkttiefe des fokussierten Strahlenbündels, wobei das Medium einen Pegel der effektiven optischen Reflexion sowohl der Schichtenfolge L0 als auch der Schichtenfolge L1 hat, der größer als ein festgelegter Wert Rmin ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, das im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde und dadurch gekennzeichnet ist, dass
    Figure 00080001
    ist, wobei Rmin in dieser Formel der minimale erforderliche Wert der effektiven optischen Reflexion für jede Aufzeichnungsschichtenfolge ist.
  • Um ein beschreibbares optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium zu erhalten, das die (erwarteten) Spezifikationen der Dual-Stack-Blu-ray Disc (BD) erfüllt, ist es erforderlich, dass λ etwa 405 nm beträgt, Rmin = 0,04 ist und kL0λ und kL1λ, die Bedingungen der Gleichungen (9) und (10) erfüllen.
  • Für eine Dual-Stack-Blu-ray Disc, die mit der Spezifikation der Reflexion an einer einzelnen Schicht kompatibel ist, ist es erforderlich, dass λ etwa 405 nm beträgt, Rmin = 0,12 ist und kL0λ und kL1λ die Bedingungen der Gleichungen (9) und (10) erfüllen. Vorzugsweise gilt für die Medien, die in den letzten drei Absätzen beschrieben wurden, 0,7·dL0 < dL1 < 1,3·dL0.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht auf ein einseitiges Dual-Stack-Medium beschränkt ist, sondern dass durch Variieren der Substratdicken z. B. zwei erfindungsgemäße einseitige Dual-Stack-Medien zusammengeklebt werden können, um ein zweiseitiges Dual-Stack-Medium zu bilden, das die Dickenanforderungen erfüllt.
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Skizze eines erfindungsgemäßen optischen Dual-Stack-Datenspeichermediums, wobei die effektive Reflexion beider Schichtenfolgen angegeben ist,
  • 2 die maximal zulässige Absorption in L1 als Funktion des bewirkten minimalen effektiven Reflexionsvermögens beider Schichten der Dual-Stack-Platte,
  • 3 die bevorzugte Absorption in L0 und L1 im Vergleich mit der maximal zulässigen Absorption in L1 als Funktion des effektiven Reflexionsvermögens von L0 und L1,
  • 4 das Verhältnis zwischen der optischen Absorption in L0 und L1 als Funktion der effektiven Reflexion,
  • 5 eine schematische Skizze der Absorption eines optischen Strahlenbündels durch eine absorbierende Aufzeichnungsschicht, wobei Interferenzeffekte innerhalb der Aufzeichnungsschicht vernachlässigt werden,
  • 6 einen Vergleich zwischen einer berechneten Absorption und einer Näherung von Gl. (9) für die Schichtenfolge des Typs L1 (links) und die Schichtenfolge des Typs L0 (rechts), wobei die durchgehende Linie eine exakte Berechnung und die gestrichelte Linie eine Näherung zeigen,
  • 7 den für k maximal zulässigen Wert gegen die Dicke der Aufzeichnungsschicht L1 für verschiedene Werte der effektiven Reflexion bei einer Laserwellenlänge innerhalb der DVD-Spezifikation,
  • 8 den Bereich der zulässigen k-Werte als Funktion der Dicke der Aufzeichnungsschicht L1 für ein Dual-Stack-Medium, das die DVD-Spezifikationen (Laserwellenlänge 655 nm, Rmin = 18%) erfüllt, und
  • 9 den maximal zulässigen k-Wert bei einer DVD-kompatiblen Dual-Stack-Platte (für R = 18%) und einer BD-kompatiblen Dual-Stack-Platte (für R = 4%).
  • In 1 ist ein optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium 10 zum Aufzeichnen unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels, z. B. eines Laserstrahlenbündels 9, das eine Wellenlänge λ hat, gezeigt. Das Laserstrahlenbündel tritt während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche 8 des Mediums 10 ein. Das Medium 10 umfasst die Substrate 1 und 7, wobei an einer Seite hiervon eine erste Aufzeichnungsschichtenfolge 2 mit der Bezeichnung L0, die bei der Wellenlänge λ einen Wert RL0 der optischen Reflexion und einen Wert AL0 der optischen Absorption hat, und eine zweite Aufzeichnungsschichtenfolge 5 mit der Bezeichnung L1, die bei der Wellenlänge λ einen Wert RL1 der optischen Reflexion und einen Wert AL1 der optischen Absorption hat, vorhanden sind,
    • – eine transparente Trennschicht 4, die sandwichartig zwischen den Aufzeichnungsschichtenfolgen 2 und 5 angeordnet ist, wobei die transparente Trennschicht 4 eine Dicke von 50 μm hat, die wesentlich größer ist als die Brennpunkttiefe des fokussierten Laserstrahls 9. Der Absorptionswert genügt der folgenden Gleichung:
      Figure 00100001
      wobei Rmin in dieser Formel der minimal erforderliche Wert der effektiven optischen Reflexion für jede Aufzeichnungsschichtenfolge ist.
  • Die erste Aufzeichnungsschichtenfolge 2 umfasst eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht 3 des Typs L0, z. B. einen Azofarbstoff oder irgendeinen anderen geeigneten Farbstoff. Eine Führungsrille ist in dem ersten Substrat 1 oder in der Trennschicht 4 vorhanden, eine stark reflektierende Schicht ist zwischen der Aufzeichnungsschicht 3 des Typs L0 und dem Substrat 1 vorhanden. Ein zweites Substrat 7 ist vorhanden, wobei auf einer Seite hiervon eine zweite Aufzeichnungsschichtenfolge 5 vorhanden ist, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht 6 des Typs L1 umfasst, z. B. einen Azofarbstoff oder irgendeinen anderen geeigneten Farbstoff. Die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge 5 des Typs L1 ist an einer Position vorhanden, die näher an der Eintrittsfläche 8 liegt als die Aufzeichnungsschichtenfolge 2 des Typs L0. Eine zweite Führungsrille ist in dem zweiten Substrat 7 oder in der Trennschicht 4 vorhanden. Das erste Substrat 1 mit L0 ist an dem Substrat mit L1 mittels der transparenten Trennschicht 4 befestigt, die als Klebeschicht wirken kann. Spezielle geeignete Aufbauweisen von L0/L1-Schichtenfolgen werden im Folgenden beschrieben.
  • Ausführungsform 1 beschreibbare Dual-Stack-DVD, Rmin = 0,18, λ = 655 nm (Schichten in dieser Reihenfolge):
    • – Substrat 1, hergestellt aus PC, mit einer Dicke von 0,60 mm,
    • – Reflexionsschicht aus 100 nm Ag (n = 0,16–5,34i), wobei Au, Cu oder Al oder Legierungen hiervon ebenfalls verwendet werden können,
    • – Aufzeichnungsschicht 3 des Typs L0 aus einem Azofarbstoff, mit einer Dicke von 80 nm, wobei der Brechungsindex des Farbstoffs bei einer Wellenlänge des Strahlenbündels von 655 nm 2,24–0,02i beträgt,
    • – erste halbtransparente Reflexionsschicht, die aus Ag mit einer Dicke von 10 nm hergestellt ist, wobei Au, Cu oder Al oder Legierungen hiervon ebenfalls verwendet werden können,
    • – Trennschicht 4, die aus einem transparenten UV-härtbaren Kunstharz hergestellt ist, mit einer Dicke von 50 μm,
    • – zweite halbtransparente Reflexionsschicht, die aus Ag mit einer Dicke von 10 nm hergestellt ist, wobei Au, Cu oder Al oder Legierungen hiervon ebenfalls verwendet werden können,
    • – Aufzeichnungsschicht 6 des Typs L1 aus einem Azofarbstoff, mit einer Dicke von 80 nm, wobei der Brechungsindex des Farbstoffs bei einer Wellenlänge des Strahlenbündels von 655 nm 2,24–0,02i beträgt,
    • – Substrat 7, hergestellt aus PC, mit einer Dicke von 0,58 mm.
  • Dieser Aufbau der Schichtenfolge besitzt die folgenden Werte von Reflexion, Absorption und Transmission:
    AL0 = 0,4
    AL1 = 0,2
    RL0 = 0,6
    RL1 = 0,2
    TL1 = 0,6
    TL0 = 0
  • Die Formel
    Figure 00110001
    ist erfüllt. Des Weiteren gelten die Formeln
    Figure 00110002
  • Die erste halbtransparente Reflexionsschicht kann außerdem eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von z. B. 20 nm sein, wobei andere Dielektrika ebenfalls verwendet werden können. In einer anderen Ausführungsform kann die erste halbtransparente Reflexionsschicht fehlen. Des Weiteren können zusätzliche dielektrische Schichten zwischen der Aufzeichnungsschicht und den Reflexionsschichten und/oder halbtransparenten Reflexions schichten vorhanden sein. Die zweite halbtransparente Schicht kann außerdem eine dielektrische Schicht (z. B. SiO2) oder eine Halbleiterschicht (z. B. Si) sein. Des Weiteren können zusätzliche dielektrische Schichten zwischen der Reflexionsschicht und der zweiten halbtransparenten Reflexionsschicht und/oder zwischen der zweiten halbtransparenten Reflexionsschicht und der Trennschicht und/oder zwischen der Aufzeichnungsschicht und dem Substrat 7 vorhanden sein.
  • Das folgende Beispiel ist nicht Teil der beanspruchten Erfindung, sondern stellt den Stand der Technik dar, der für das Verständnis der Erfindung nützlich ist.
  • Beispiel: beschreibbare Dual-Stack-BD-Platte, Rmin = 0,12, λ = 405 nm (Schichten in dieser Reihenfolge):
    • – Substrat 1, hergestellt aus PC, mit einer Dicke von 1,1 mm,
    • – Reflexionsschicht aus 100 nm Ag (n = 0,17–2i), wobei Au, Cu oder Al ebenfalls verwendet werden können,
    • – Aufzeichnungsschicht 3 des Typs L0 aus einem organischen Farbstoff, mit einer Dicke von 50 nm, wobei der Brechungsindex des Farbstoffs bei einer Wellenlänge des Strahlenbündels von 405 nm 2,4–0,04i beträgt,
    • – erste transparente dielektrische Schicht, die aus SiO2 hergestellt ist, mit einer Dicke von 20 nm, wobei andere Dielektrika (Si3N4, ZnS-SiO2, Al2O3, AlN) ebenfalls verwendet werden können,
    • – Trennschicht 4, die aus einem transparenten UV-härtbaren Kunstharz hergestellt ist, mit einer Dicke von 25 μm,
    • – Aufzeichnungsschicht 6 des Typs L1 aus einem organischen Farbstoff, mit einer Dicke von 50 nm, wobei der Brechungsindex des Farbstoffs bei einer Wellenlänge des Strahlenbündels von 405 nm 2,4–0,04i beträgt,
    • – zweite transparente dielektrische Schicht, die aus SiO2 hergestellt ist, mit einer Dicke von 20 nm, wobei andere Dielektrika (Si3N4, ZnS-SiO2, Al2O3, AlN) ebenfalls verwendet werden können,
    • – Substrat 7, das in dieser Ausführungsform auch als Deckschicht bezeichnet wird und aus einem transparenten UV-härtbaren Kunstharz hergestellt ist, mit einer Dicke von 0,075 mm.
  • Dieser Aufbau der Schichtenfolge besitzt die folgenden Werte von Reflexion, Absorption und Transmission:
    AL0 = 0,6
    AL1 = 0,2
    RL0 = 0,4
    RL1 = 0,2
    TL1 = 0,6
    TL0 = 0
  • Die Formel
    Figure 00130001
    ist erfüllt. Des Weiteren gelten die Formeln
    Figure 00130002
    Figure 00130003
  • In 2 ist eine Kurve gezeichnet, die die maximal zulässige Absorption in L1 AL1max als Funktion der minimalen effektiven Reflexion Rmin der beiden Aufzeichnungsschichtenfolgen L0 und L1 darstellt. Es wird angemerkt, dass der maximal erreichbare Wert von Rmin etwa 0,38 beträgt. Dieser Wert repräsentiert den Fall, bei dem die Schichtenfolge L1 kein Absorptionsvermögen mehr aufweist und deswegen keine Aufzeichnung möglich ist, wobei die Schichtenfolge L0 ebenfalls keine Absorption und eine maximale Reflexion (RL0 = 1) aufweist.
  • In 3 wird die bevorzugte Absorption in L0 und L1 mit der maximal zulässigen Absorption in L1 als Funktion des effektiven Reflexionsvermögens von L0 und L1 verglichen. Diese Kurven der bevorzugten Absorption sind Darstellungen der Gleichungen (6) und (7).
  • In 4 ist das Verhältnis zwischen AL0 und AL1 als Funktion des effektiven Reflexionsvermögens von L0 und L1 gezeigt. Es kann erkannt werden, dass dieses Verhältnis vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt, wobei ein Bereich von 1,5 bis 2,0 stärker zu bevorzugen ist.
  • In 5 ist eine schematische Skizze einer Aufzeichnungsschicht 3, 6 in einem optischen Dual-Stack-Datenspeichermedium 10 (siehe 1) gezeigt. Der Weg eines optischen Strahlenbündels ist dargestellt. Die Absorption in L0 und L1 wird hauptsächlich durch die Dicke dL der Aufzeichnungsschicht und den Absorptionskoeffizienten kLλ des Materials der Aufzeichnungsschicht bestimmt (kLλ ist der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex nLλ). Um die Absorption in der Aufzeichnungsschichtenfolge abzuschätzen, wird die genaue Wirkung eines möglichen zweischichtigen Aufbaus der Schichtenfolge weggelassen, was die folgenden Vereinfachungen impliziert: (i) Interferenzeffekte in der Aufzeichnungsschicht werden vernachlässigt, (ii) eine mögliche Absorption in zusätzlichen Schichten, die vorhanden sein können, wird vernachlässigt, (iii) eine Aufzeichnungsschicht ist zwischen zwei halbunendliche Medien eingebettet, die einen komplexen Brechungsindex n0 und n2 haben. Typischerweise ist das obere umgebende Medium transparent (Substrat für L1 und Abstandhalter für L0), während das untere Medium entweder transparent (Abstandhalter für L1) oder stark reflektierend ist (Spiegel für L0). Dann hängt die Absorption des optischen Strahlenbündels in dieser Schicht sowohl von dL aus auch von kL exponentiell ab, wie durch Gleichung (8) dargestellt.
  • In 6 sind Modellierungsergebnisse der Absorption als Funktion der Dicke der Aufzeichnungsschicht dargestellt. Die durchgehende Linie kennzeichnet die genaue Berechnung, während die gestrichelte Linie die Näherung der Gleichung (9) ist. Es wird angemerkt, dass die Näherung für die Schichtenfolge L1 am besten und für die Schichtenfolge L0 annehmbar ist.
  • In 7 ist der maximal zulässige Wert k für die Aufzeichnungsschicht von L1 als Funktion der Dicke dL1 der Aufzeichnungsschicht für verschiedene Werte von Rmin gezeigt.
  • In 8 ist der Sonderfall separat gezeichnet, bei dem Rmin = 0,18, wobei der Bereich mit zulässigen Werten für k schraffiert ist.
  • In 9 wurde das Gleiche gemacht und die Kurve für BD wurde als Vergleich hinzugefügt.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die oben erwähnten Ausführungsformen die Erfindung erläutern sollen anstatt sie einzuschränken und dass ein Fachmann in der Lage ist, viele alternative Ausführungsformen zu entwerfen, ohne vom Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. In den Ansprüchen sollen Bezugszeichen, die in Klammern gesetzt sind, nicht als Einschränkung des Anspruchs ausgelegt werden. Das Wort "umfassend" schließt nicht das Vorhandensein von Elementen oder Schritten aus, die sich von jenen unterscheiden, die in einem Anspruch angegeben sind. Das Wort "ein", das einem Element vorangestellt ist, schließt nicht das Vorhandensein mehrerer derartiger Elemente aus. Die reine Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen angeführt werden, ist kein Anzeichen dafür, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird ein optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium zum Aufzeichnen unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels, das eine Wellen länge λ hat, beschrieben. Das Strahlenbündel tritt während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche des Mediums ein. Das Medium umfasst mindestens ein Substrat, wobei auf einer Seite hiervon eine erste Aufzeichnungsschichtenfolge mit der Bezeichnung L0, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L0 umfasst, wobei die erste Aufzeichnungsschichtenfolge L0 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL0 der optischen Reflexion und einen Wert AL0 der optischen Absorption hat, und eine zweite Aufzeichnungsschichtenfolge mit der Bezeichnung L1, die eine beschreibbare Aufzeichnungsschicht des Typs L1 umfasst, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge L1 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL1 der optischen Reflexion und einen Wert AL1 der optischen Absorption hat, und eine transparente Trennschicht, die sandwichartig zwischen den Aufzeichnungsschichtenfolgen angeordnet ist, vorhanden sind. Indem die Formel
    Figure 00150001
    erfüllt wird, wobei Rmin in der Formel der minimal erforderliche Wert der effektiven optischen Reflexion für jede Aufzeichnungsschichtenfolge ist, wird bei einer nur-lesbaren Version (ROM-Version) des Mediums eine vollständige Kompatibilität erreicht.
  • Text in den Figuren
  • Fig. 2
    excluded AL1-values ausgeschlossene Werte von AL1
    allowed AL1-values zulässige Werte von AL1
    Fig. 3 und Fig. 4
    Reff: L0 and L1 Reff: L0 und L1
    Fig. 7
    Maximum value of k Maximalwert von k
    Fig. 8
    excluded k-values ausgeschlossene Werte von k
    allowed k-values zulässige Werte von k

Claims (3)

  1. Optisches Datenspeichermedium (10) mit zwei Schichtenfolgen (Dual-Stack-Datenspeichermedium) zum Aufzeichnen unter Verwendung eines fokussierten Strahlenbündels (9), das eine Wellenlänge λ von etwa 655 nm hat und während des Aufzeichnens durch eine Eintrittsfläche (8) des Mediums (10) eintritt, umfassend: – mindestens ein Substrat (1, 7), wobei auf einer Seite hiervon Folgendes vorhanden ist: – eine erste Aufzeichnungsschichtenfolge (2) L0, die eine Aufzeichnungsschicht (3) des beschreibbaren Typs umfasst, wobei die erste Aufzeichnungsschichtenfolge L0 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL0 der optischen Reflexion und einen Wert AL0 der optischen Absorption hat und die Aufzeichnungsschicht (3) des beschreibbaren Typs bei der Wellenlänge λ einen komplexen Brechungsindex ñL0λ = nL0λ – i·kL0λ und eine Dicke dL0 hat, – eine zweite Aufzeichnungsschichtenfolge (5) L1, die eine Aufzeichnungsschicht (6) des beschreibbaren Typs umfasst, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge L1 bei der Wellenlänge λ einen Wert RL1 der optischen Reflexion und einen Wert AL1 der optischen Absorption hat und die Aufzeichnungsschicht (6) des beschreibbaren Typs bei der Wellenlänge λ einen komplexen Brechungsindex ñL1λ = nL1λ – i·kL1λ und eine Dicke dL1 hat, wobei die zweite Aufzeichnungsschichtenfolge näher an der Eintrittsfläche liegt als die erste Aufzeichnungsschichtenfolge, – eine transparente Trennschicht (4), die sandwichartig zwischen den Aufzeichnungsschichtenfolgen (2, 5) angeordnet ist, wobei die transparente Trennschicht (4) eine Dicke hat, die wesentlich größer ist als die Brennpunkttiefe des fokussierten Strahlenbündels (9), dadurch gekennzeichnet, dass
    Figure 00170001
    ist, wobei in der Formel Rmin = 0,18 ist, und dass die folgenden Formeln erfüllt sind:
    Figure 00170002
  2. Optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium (10) nach Anspruch 1, wobei AL1 ≤ AL0 ist.
  3. Optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium (10) nach Anspruch 2, wobei 1,5AL1 ≤ AL0 ≤ 2,5AL1 ist.
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