JP2003217174A - グルーブ間記録方式による光ディスク - Google Patents

グルーブ間記録方式による光ディスク

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隆信 樋口
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 情報記録時における反射膜の変形及びクロス
ライトの発生を防止して、より微細な情報の記録を可能
とするグルーブ間記録方式による光ディスクを提供す
る。 【解決手段】 ディスクの樹脂基板10側の硬度をレー
ザビームが透過するカバー11層側の硬度よりも大とし
て、情報記録時における有機色素の発熱膨張によるスト
レスをカバー層側に拡散させる。両者の硬度の関係は、
情報記録の際に上記の関係を満足すればよい。また、有
機色素を挟持する保護膜と反射膜において、保護膜側か
らの熱移動を反射膜側からの熱移動よりも大とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、追記型光ディスク
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の追記型の光ディスクであるCD−
Rや、DVD−Rは、主に、以下に示すような構造とな
っていた。すなわち、案内溝を有する透明樹脂基板の案
内溝側表面に有機色素をスピンコート法で塗布し、その
上に、金、銀(銀合金)、アルミニウム(アルミニウム
合金)等の金属反射膜層を形成する。その後、かかる金
属反射膜層の上に紫外線硬化樹脂等の保護膜層(以下、
“カバー層”と称する)を形成する構造であった。従っ
て、これら従来型の光ディスク型情報記録媒体において
は、情報記録用のレーザビームが樹脂基板側から照射さ
れることになる。そして、かかるレーザビームによる有
機色素の分解に伴う屈折率の変化や、レーザビームの発
熱による案内溝や反射膜層部材の変形によって、いわゆ
るピットを形成して情報の記録を行っていたのである。
【0003】しかしながら、近年、情報の記録及び再生
用の光源として青紫レーザを用い、開口率が0.85以
上の高開口率対物レンズを使用した、次世代記録可能型
光ディスク(以下、単に“DVR”と称する)型システ
ムが開発されつつある。かかるDVR型システムにおい
ては、前述した従来の光ディスクにおけるカバー層の厚
さを0.1mm程度として、カバー層側からレーザビー
ムを照射する構成となっている。このようなシステム構
成を採ることによって、対物レンズの高開口率化に伴う
光学収差の影響を抑えて情報の記録密度を高め、いわゆ
る大容量情報記録ディスクを実現しているのである。
【0004】つまり、上記のDVR型システムを利用し
た追記型光ディスク(以下、単に“DVR−Rディス
ク”と称する)では、従来のCD−Rや、DVD−Rな
どの追記型光ディスクとレーザビームの照射方向が異な
ることになる。すなわち、光ディスクの構造は、樹脂基
板上に形成される各層の積層順が上述の従来例とは逆順
になる。また、カバー層の形成時にカバー層を構成する
未硬化の紫外線硬化樹脂から有機色素層を保護するため
の誘電体保護層を形成する必要があるなど、ディスクの
製造方法も従来の光ディスクとは異なるものとなる。
【0005】このため、DVR−Rディスクの製造に関
しては、ディスクを構成する部材の材質や特性につい
て、より最適化した材料及び構成を選択する必要があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するために為されたものであり、従来よりも
微少な記録マークを形成し、大容量記録を実現するため
のDVR−Rディスクの最適化した材料及び構成を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面にグルー
ブが設けられた樹脂基板と、前記グルーブの形状に応じ
て前記樹脂基板の表面に形成された反射膜層と、前記反
射膜層上に形成されて光ビームの照射によりその光学特
性が変化する光学特性変化材料層と、前記光学特性変化
材料層上に形成された光透過性を有する保護膜層と、前
記保護膜層の上に形成されて光透過性を有し、前記反射
膜層、前記光学特性変化材料層及び前記保護膜層を前記
樹脂基板上に封止するカバー層とを含む光ディスクであ
って、少なくとも、前記光学特性変化材料層のうち前記
グルーブ間の凸部に対応する部分に前記光ビームを照射
する際に、前記樹脂基板の硬度が前記カバー層の硬度よ
りも大であることを特徴とする。
【0008】また、本発明による他の実施例は、前記光
学特性変化材料層のうち前記グルーブ間の凸部に対応す
る部分に前記光ビームを照射する際に、前記対応する部
分の光学特性変化材料層から前記保護膜層への熱移動
が、該光学特性変化材料層から前記反射膜層への熱移動
よりも大であることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明によるDVR−Rディスク
の第1の実施例を以下に説明する。図1(A)は、ディ
スク構造全体の概要を示すものであり、図1(B)は、
そのディスク半径方向に沿った断面図を示しており、図
1(C)は、図1(B)に示した断面における有機色素
層付近の拡大断面図を示している。
【0010】すなわち、本実施例の光ディスクは、例え
ば、ポリカーボネートやポリオレフィンなどの高分子材
料からなる樹脂基板10を含んでいる。そして、樹脂基
板10の情報記録側の表面には、複数の案内溝(groov
e;グルーブ)12が情報トラックを形成すべく設けられ
ている。因みに、本実施例では、グルーブ12を左右に
うねらせる(以下、wobble;ウォブルと呼ぶ)ことによ
って、ディスク上に記録するデータのアドレス情報を保
持させている。すなわち、グルーブ間の凸部、つまりラ
ンド部をウォブル偏向させ、ランド部上に形成された情
報記録層に情報を記録する。本明細書においては、この
方式を“グルーブ間記録方式”と呼称する。
【0011】図1(C)に示す如く、樹脂基板10にお
いてグルーブ12を設けた側の表面には反射膜層13が
形成されている。反射膜層13の材料としては、一般に
薄い膜厚で高反射率を確保すべく、例えば、アルミニウ
ム、銀、或いはそれらを主成分とする合金が用いられ
る。反射膜層13の上には有機色素が、例えばスピンコ
ート法によって塗布されて有機色素層14が設けられて
いる。本実施例ではグルーブ間記録方式を採用するが故
に、図1(C)に示す如く、有機色素層14は、グルー
ブ12間のランド部上に必要十分な膜厚で塗布されねば
ならない。
【0012】一般に、図1のようなグルーブが設けられ
た表面に有機色素をスピンコート法を用いて塗布する
と、スピンコート法の性質上、グルーブ内の有機色素膜
厚とグルーブ間のランド部上の有機色素膜厚との比率
は、ほぼ2対1から3対2の割合となることが知られて
いる。ここで、情報を記録するために必要十分な有機色
素膜厚を仮に30nmと仮定すると、グルーブ間の有機
色素膜厚30nmに対してグルーブ内の有機色素膜厚は
45〜60nmとなる。従って、グルーブの深さが、例
えば40nmと仮定すると、樹脂基板に設けられたグル
ーブ凹部は完全に有機色素で充填される。さらに、グル
ーブ内の有機色素層は、グルーブ間のランド部上に形成
された有機色素層と5〜20nm程度の膜厚で繋がるこ
とになる。
【0013】次に、有機色素層14の上には、有機色素
をカバー層11の紫外線硬化樹脂から保護するための誘
電体保護膜である保護膜層15が設けられている。保護
膜層15の材料としては、有機色素層の保護と同時に高
い透明性が要求されるため、例えば、SiOx,AlO
xなどの金属酸化物やSiNx,AlNxなどの金属窒
化物が用いられる。
【0014】さらに、保護膜層15の上には、例えば、
ポリカーボネートなどの高分子材料樹脂から成るカバー
層11が形成される。なお、カバー層11は、情報記録
用のレーザビームを透過する必要があるため、光透過性
を有していることは言うまでもない。本実施例において
は、樹脂基板側(樹脂基板10+反射膜層13)の硬度
数をHa、カバー層側(カバー層11+保護膜層15)
の硬度数をHbとすると、両者の関係を Ha > Hb の様に定めている。
【0015】因みに、ここでいう硬度数とは、いわゆる
押し込み変形の度合いを定量化したものを言い、例え
ば、ブリネル硬さ(JIS-Z2243)やヴィッカース硬さ(JIS-
Z2244)、或いはロックウェル硬さ(JIS-Z2245)や鉛筆引
掻き硬さ(JIS-K5400)などの、何れか一種類以上の硬さ
試験による硬度数を用いて定義されるものを言う。後述
するように、レーザビーム照射に伴う有機色素層の膨張
に由来する変形は、該有機色素層を挟持する光ディスク
構成部材の押し込み変形として現れる為である。
【0016】また、本実施例における各部材の硬度数
は、上記の関係式に限定されるものではない。例えば、
情報記録のためのレーザビームの照射によって温度が上
昇して有機色素層の屈折率が変化する。かかる有機色素
層の屈折率変化が生ずる前(色素の熱分解温度、融点温
度、又は昇華温度などの色素の体積膨張に顕著な非線形
性が生ずる温度T未満)の状態において、両者の硬度数
が Ha ≦ Hb である一方、屈折率の変化時、即ち、前記の温度T以上
において、 Ha > Hb なる関係となるような特性であっても良い。
【0017】なお、上述の押し込み硬さ試験において
は、押し込み変形を受ける物体の表面を覆う厚さが数n
mから数十nm程度の被膜層は無視し得る。故に、本実
施例では、樹脂基板10の表面に形成された反射膜層1
3(厚さ20nm程度)や、カバー層11の表面に形成
された保護膜層15(厚さ50nm程度)の存在は無視
し得る。従って、上述の硬度数Haは樹脂基板自体の硬
度数であり、Hbはカバー層自体の硬度数であるとみな
すことができる。
【0018】次に、本実施例に基づくDVR−Rディス
クの製造事例を説明する。なお、言うまでもなく、本発
明は、かかる事例中に示される製法や具体的な数値に限
定されるものでない。先ず、樹脂基板上のグルーブすな
わち案内溝を、電子ビーム原盤記録装置と電子線レジス
トを用いて製作する。このようにして得られたレジスト
原盤から電鋳法によってニッケルスタンパを製作する。
【0019】続いて、かかるニッケルスタンパを用い
て、ポリカーボネート樹脂より射出成形法によって樹脂
基板10を形成する。因みに、樹脂基板10の直径は約
120mm、厚さは約1.1mmであり、表面に設けら
れたグルーブ12の深さは40nm、トラックピッチは
320nmである。また、グルーブ間の幅、即ちグルー
ブの凸部の幅は130nmであり、グルーブ凹部側壁の
傾斜角度は約90度である。
【0020】次に、樹脂基板10のグルーブ12が設け
られている表面上にアルミニウム・チタン合金(Al:
Ti=99:1)からなる反射膜層13を形成する。反
射膜層13は、その厚さが20nm程度になるようにス
パッタリング法によって形成される。その後、かかる反
射膜層13の上に、有機色素をグルーブ間(グルーブ凸
部)での厚さが40nm程度となるようにスピンコート
法を用いて塗布する。このとき、グルーブ内、即ちグル
ーブの凹部における有機色素の塗布厚は60nm程度と
なる。このようにして生成された有機色素層14の上
に、さらに保護膜層15を形成する。保護膜層15とし
ては、窒化アルミニウム(AlNx)を50nmの厚さ
で成形する。なお、窒化アルミニウムは、アルミニウム
をターゲット剤として用い、Ar−N2(10:1)を
反応ガスとして用いる反応性スパッタリング法によって
生成する。
【0021】次に、カバー層11を形成すべく、厚さ約
0.95mmのポリカーボネート製フィルムを紫外線硬
化型接着剤を用いて上記の保護膜上に固着する。かかる
行程を経て製作されたDVR−Rディスクにおいて、樹
脂基板側の硬さは、鉛筆引掻き試験による硬度数がH
B、カバー層側の硬度数は2Bであった。次に、かかる
製法によって製作されたDVR−Rディスクの情報記録
時の特徴を図2のディスク断面の拡大図に基づいて説明
する。
【0022】前述の如く、本実施例におけるディスクへ
の情報の記録は、ディスクのカバー層側からレーザビー
ムを照射して行う。つまり、カバー層11及び保護膜層
15を透過したレーザビームは、グルーブ間の有機色素
層14の上にビームスポットを結ぶことになる。これに
よって、ビームスポット部の有機色素がレーザビームに
より熱分解して当該部分の有機色素の屈折率が変化する
のである。この屈折率の変化は非可逆性であり、レーザ
ビームの照射が完了して当該部分の温度が常温に復旧し
た後でも元に戻ることはない。すなわち、かかる原理に
基づいて、グルーブ間のランド部上の有機色素層14に
情報の記録が行われるのである。
【0023】ところで、有機色素の熱分解の際、有機色
素の体積が膨張してレーザビームのビームスポット近傍
の有機色素層14の周囲に応力、即ちストレスを生ず
る。従って、樹脂基板側の硬さがカバー層側の硬さより
も柔らかい場合は、図2(A)に示す如く、ストレスに
よる歪みが反射膜層13及び樹脂基板10の方向に拡散
する。そして、かかるストレスによる反射膜層13の歪
みは、各情報トラックに記録された情報を再生する際に
問題となる。
【0024】すなわち、DVR−Rディスクに記録され
た情報の再生時には、反射膜層13からのレーザビーム
の反射を利用して記録情報の再生を行う。従って、反射
膜層13が歪んでいると、かかる再生信号に大きな歪み
が生ずることになる。特に、DVR−Rディスクにおい
ては、大容量の記録を可能とすべく、レーザビームのビ
ームスポットによって記録されるマークやディスク上の
トラックピッチが従来のDVD−Rなどよりも微細化さ
れている。このため、かかる反射膜の歪みは、信号の再
生時に影響を与え易くなり、かつ隣接する情報トラック
間で干渉を生ずるクロストークの原因ともなる。
【0025】一方、本実施例の場合は、前述の如く、樹
脂基板側の硬さがカバー層側の硬さに較べて常に硬い
か、或いは、レーザビーム照射による有機色素層の屈折
率変化時に、樹脂基板側の硬さがカバー層側の硬さに較
べて硬くなるように設定されている。従って、図2
(B)に示すように、有機色素の体積膨張によりその周
囲に生ずるストレスはカバー層側に拡散する。これによ
って、保護膜層15及びカバー層11は変形を生ずる
が、樹脂基板側の変形は防止することができる。すなわ
ち、かかる構成を採ることによって、記録情報の再生時
に影響が大きい反射膜層13の変形とクロストークの発
生を防止することができるのである。
【0026】因みに、有機色素層14とカバー層側との
屈折率は、その材質的特性より屈折率の差を僅差に設定
し得る(例えば、0.1〜1.0程度)。従って、図2
(B)に示す如く、ストレスによってカバー層側に変形
が生じた場合でも、カバー層側保護層界面からの反射は
無視し得るものとなる。更に、カバー層側の各部材は透
明であるため、たとえ、その部材自体に歪みが生じても
記録情報の再生特性に悪影響を及ぼすおそれはない。
【0027】次に、本発明による第2の実施例に関し、
図3に示すディスク断面図に基づいて説明を行う。な
お、第2の実施例によるDVR−Rディスクの構造及び
製法は、第1の実施例の場合と同様であるためその説明
は省略する。また、第2実施例によるDVR−Rディス
クの構造に言及する際には、前述した図1の構造図を用
いて説明を行う。
【0028】因みに、第2の実施例は、情報記録時のレ
ーザビームによる有機色素の発熱が隣接する情報記録ト
ラックに干渉する、いわゆるクロスライトの発生を防止
すべくディスク材料の特性の最適化を図ったものであ
る。すなわち、本発明による光ディスクでは、情報の記
録方法としてグルーブ間のランド部上に存在する有機色
素層14に情報を記録するグルーブ間記録方式を採用し
ている。そして、ランド部上の有機色素層14は、前述
の如く、隣接するトラック方向に5〜20nm程度の膜
厚で連続している。一方、ランド部上の有機色素層14
の、高熱伝導材料である金属反射膜層13との接触面積
は、グルーブ内に比して小さい。それ故、情報記録時の
レーザビームの照射によって、ランド部上の有機色素層
14に生じた熱は金属反射膜13に十分に吸収されず、
図3(A)に示す如く、有機色素層14を介して隣接ト
ラック方向に伝搬するおそれがあることが判明した。
【0029】この問題を解決するに、本実施例において
は、有機色素層14におけるトラック方向(以下、単に
“水平方向”と称する)の熱移動よりも、レーザビーム
の照射方向(以下、単に“垂直方向”と称する)の熱移
動を大きく設定とするのである。この垂直方向の熱移動
を更に分析すれば、有機色素層14に当接している反射
膜層13の方向(以下、単に“反射膜方向”と称する)
に拡散する熱移動と、同じく有機色素層14に当接する
保護膜層15の方向(以下、単に“保護膜方向”と称す
る)に拡散する熱移動に大別される。
【0030】前述の如く、反射膜層13は高熱伝導材料
である金属を主材料とするため、反射膜方向への熱移動
は大きなものとなる。従って、保護膜方向への熱移動の
大きさがこれを上回れば、反射膜方向と保護膜方向とを
合わせた垂直方向の熱移動の大きさは、水平方向の熱移
動に較べて遙かに大きなものとなる。そして、かかる条
件設定が為されることによって、図3(B)に示す如
く、有機色素層14の内部に発生した熱は、その殆どが
垂直方向から拡散され、水平方向に伝搬する熱量は極め
て小さくなるのである。
【0031】ところで、熱移動の大きさを定義するに当
たり、単にディスク各層の層構成部材の熱伝導率のみを
以て規定することは困難である。そこで、有機色素層1
4からの熱移動の大きさを表す概念として、有機色素層
14との界面において垂直方向に当接する立体を仮想し
て 該立体の体積×該立体の熱伝導率 なる値を以て熱移動の大きさを表すものとする。
【0032】すなわち、光ディスクをトラック方向(半
径方向)に切断して得られる断面において、情報記録ト
ラックの中心線上に中点を有し、レーザビームスポット
の直径dを一辺の長さとする正方形を仮定する。次に、
かかる正方形を構成面として有機色素層14の垂直方向
で、樹脂基板10〜反射膜層13界面から保護膜層15
〜カバー層11界面までを高さとする長方体を想定す
る。そして、かかる長方体の内部において、有機色素層
14に対する両垂直方向への熱移動を検討すればよい。
【0033】これを更に具体的に示せば、有機色素層1
4に当接している反射膜層13の表面積の合計をSa、
反射膜の膜厚をLa、反射膜構成部材の熱伝導率をCa
とし、同様に、有機色素層14に当接する保護膜層15
の表面積の合計をSb、保護膜の膜厚をLb、保護膜構
成部材の熱伝導率をCbとすると、 Sb×Lb×Cb ≧ Sa×La×Ca なる関係を満足するように、ディスク構成部材の各々の
条件を設定する。かかる条件設定が為された場合、前述
した如く、有機色素層14の内部に発生した熱はその殆
どが垂直方向から拡散されることになる。
【0034】なお、各々の膜層の膜厚は、グルーブの底
面とその斜面では一般に異なるが、本明細書では説明を
容易にすべく、レーザビームが照射される法線方向の保
護膜乃至反射膜の2つの界面間の距離の前記長方体内部
での平均値として定義する。また、本実施例では、レー
ザ光源に波長λ=405nmの青紫半導体レーザを使用
し、対物レンズの開口数NAはNA=0.85であるの
で、ビームスポットの直径dは、レーザビームのビーム
スポットの大きさを規定する一般式の d=0.52×(λ/NA) なる関係式より、d≒250nmとなる。
【0035】さらに、本実施例における反射膜(アルミ
ニウム合金)の熱伝導率は、約240(W/m/K)程度であ
る。また、保護膜(窒化アルミニウム)の熱伝導率は、
保護膜の生成方法や条件によって或る程度の分布を有す
るが、概ね120〜200(W/m/K)程度となる。以上の
諸数値及び、前述したディスク製造事例の説明において
示したディスク各部の寸法より、本実施例によるDVR
−Rディスクにおける上記熱移動の大きさを求めれば以
下のようになる。
【0036】反射膜方向 ; Sa×La×Ca≒3.
9×10-19(Wm2/K) 保護膜方向 ; Sb×Lb×Cb≒4.4×10
-19(Wm2/K) かかる結果より、本実施例によるDVR−Rディスクで
は、上記の Sb×Lb×Cb ≧ Sa×La×Ca なる関係が満たされる。従って、本実施例によれば、図
3(B)に示す如く、有機色素層14からの発熱は、そ
の大部分が垂直方向に拡散され隣接トラック間における
クロスライトの発生を防ぐことができる。
【0037】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、光
ディスクに対してより微細な情報記録が可能となり、大
容量のグルーブ間記録方式による光ディスクを実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施例であるDVR−Rディ
スクの構成を示す構造図及び断面図である。
【図2】図2は、DVR−Rディスクにおける情報記録
時の変化を説明するディスク断面図である。
【図3】図3は、DVR−Rディスクにおける情報記録
時のクロスライトの発生を説明するディスク断面図であ
る。
【符号の説明】
10 … 樹脂基板 11 … カバー層 12 … 案内溝(グルーブ) 13 … 反射膜層 14 … 有機色素層 15 … 保護膜層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にグルーブが設けられた樹脂基板
    と、 前記グルーブの形状に応じて前記樹脂基板の表面に形成
    された反射膜層と、 前記反射膜層上に形成されて光ビームの照射によりその
    光学特性が変化する光学特性変化材料層と、 前記光学特性変化材料層上に形成された光透過性を有す
    る保護膜層と、 前記保護膜層の上に形成されて光透過性を有し、前記反
    射膜層、前記光学特性変化材料層及び前記保護膜層を前
    記樹脂基板上に封止するカバー層とを含む光ディスクで
    あって、 少なくとも、前記光学特性変化材料層のうち前記グルー
    ブ間の凸部に対応する部分に前記光ビームを照射する際
    に、前記樹脂基板の硬度が前記カバー層の硬度よりも大
    であることを特徴とするグルーブ間記録方式による光デ
    ィスク。
  2. 【請求項2】 表面にグルーブが設けられた樹脂基板
    と、 前記グルーブの形状に応じて前記樹脂基板の表面に形成
    された反射膜層と、 前記反射膜層上に形成されて光ビームの照射によりその
    光学特性が変化する光学特性変化材料層と、 前記光学特性変化材料層上に形成された光透過性を有す
    る保護膜層と、 前記保護膜層の上に形成されて光透過性を有し、前記反
    射膜層、前記光学特性変化材料層及び前記保護膜層を前
    記樹脂基板上に封止するカバー層とを含む光ディスクで
    あって、 前記光学特性変化材料層のうち前記グルーブ間の凸部に
    対応する部分に前記光ビームを照射する際に、前記対応
    する部分の光学特性変化材料層から前記保護膜層への熱
    移動が、該光学特性変化材料層から前記反射膜層への熱
    移動よりも大であることを特徴とするグルーブ間記録方
    式による光ディスク。
  3. 【請求項3】 前記対応する部分の光学特性変化材料層
    に接する前記保護膜層との接触面積と該保護膜層の膜厚
    及び熱伝導率の積が、該光学特性変化材料層に接する前
    記反射膜層との接触面積と該反射膜層の膜厚及び熱伝導
    率の積よりも大であることを特徴とする請求項2に記載
    のグルーブ間記録方式による光ディスク。
  4. 【請求項4】 前記カバー層側から光ビームを照射する
    ことにより、前記光学特性変化材料層のうち前記グルー
    ブ間の凸部に対応する部分に情報を書込むことを特徴と
    する請求項1又は請求項2に記載のグルーブ間記録方式
    による光ディスク。
  5. 【請求項5】 前記光学特性変化材料として、光ビーム
    の照射によってその屈折率が変化する有機色素材料を用
    いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のグ
    ルーブ間記録方式による光ディスク。
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