JP2008018607A - 追記型光記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】波長５００ｎｍ以下の光によって情報の記録及び再生が可能であり、かつ、記録前及び記録後における記録領域を安定した状態で保持することのできる追記型光記録媒体を提供する。
【解決手段】記録層として、主成分がＳｉである第１反応層、主成分がＣｕである第２反応層および第１反応層と第２反応層の間に構成元素がＳｉ及びＣｕと合金を形成しない元素からなる厚み２ｎｍ以上４ｎｍ以下のバリア層を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録層が無機材料からなる追記型光記録媒体に関する。

従来、低価格で電子情報を保存できる光記録媒体として追記型コンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）が多く使われている。この追記型光記録媒体の代表的な構造として、透明な円盤状の基板上に、有機色素系材料等からなる記録層、金等の金属からなる反射層及び樹脂等からなる保護層がこの順に積層されたものが知られている。

最近、映像情報を保存する光記録媒体として、ＣＤ−Ｒより高密度記録可能なＤＶＤ−Ｒが多く使われるようになっている。このＤＶＤ−Ｒは、通常、透明な円盤状の基板上に有機色素からなる記録層、反射層及び保護層がこの順に積層されているディスクの記録層側にもう一枚のディスク又は同じ形状の円盤状保護基板が貼り合わせられた構造をしている。なお、ディスクを２枚貼り合わせたものは記録層が内側にして貼り合わされた構造をしている。

このＤＶＤ―Ｒの記録・再生は、ＣＤ−Ｒに用いられるレーザー（波長７８０ｎｍ）より短い波長（６３０ｎｍ）レーザーを用いて行われる。この短波長化により、ＣＤ−Ｒよりも高密度記録が達成されている。なお、使用レーザーの波長が短いほど記録の高密度化が可能である。

近年、レーザー技術の進展により青色レーザー等の短波長レーザーが開発されている。このレーザーを用いた光記録媒体としてＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標））が市販されている。この記録媒体はレーザー光を０．１ｍｍという薄い光透過層側から記録層に照射することにより高ＮＡ（開口数）のレンズを使用可能にしてＤＶＤ−Ｒと同じ基板サイズで２５ＧＢという高密度を達成したものである。

今後ＨＤ（ハイデフィニッション）記録の普及が予想されている。そこでさらなる高密度記録可能で、高容量の光記録媒体が望まれている。その高容量化の一つとして記録層を複数層設ける多層化が検討され始めている。

しかし、従来のＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒの色素記録層は、従来のシステムで用いられる記録波長の光を吸収して発熱変形するように設計されたものであり、青色レーザー等の波長５００ｎｍ以下の記録光で大きな光学特性の変化を得ることが困難である。

このため、これまでと異なる例えば波長５００ｎｍ以下の記録再生用レーザーを用いる新規な光記録方法に適した、新規な光記録媒体の開発が必要とされている。

光記録媒体には、好適な記録再生特性を達成するために、様々な特性が要求されるが、特に光反射率が重要である。しかしながら、従来の色素系材料を用いた記録層では、反射率が低いという問題がある。

色素系材料を用いた記録層を複数とした多層ディスクに記録する場合、光入射側記録層に記録すると色素系材料が熱変形する。そのため、記録部と非記録部の光に対する特性、例えば屈折率、反射率等に差が生じている。このような状態で、奥側の記録層に記録あるいは再生のために照射される光が回折等により変動し、トラッキング等のサーボ性能に影響を及ぼすという問題がある。

また、色素系材料は光吸収率が大きいので、照射光の透過率が小さくなり、光入射側から見て記録層より奥側へ照射されるレーザー光の光量が十分でないという問題がある。すなわち、記録に必要な光量が得られない、再生には反射光量が不足する、レーザー光を強くすると光入射側記録層への負荷が増し、非記録部の色素系材料が熱変形する（記録がぼける）などの問題もある。

これらの結果、色素系材料を用いた記録層を多層ディスクに適用するのが困難であるという課題がある。

一方、このように光源が短波長化するに伴い、これに対する光学的な特性を満たすためには色素分子のサイズは小さくなる方向で、分子設計の自由度が少なくなっている。しかしながら、スピンコートが可能で、かつ、短波長のブルー光源で良好な記録が行える有機色素はいまだ開発されていず、現在実用化されるに至っていない。

また、有機系材料は、材料自体が高価であり、記録層形成での歩留り等の面からコストが高くなるという問題がある。

これに対して、有機色素等に比べて安価な無機系材料を用い、蒸着法やスパッタ法等のコスト的に優れた方法で、記録層を構成したものが提案されている。

すなわち、例えば、図２に示すような記録層１９を２層構造とし、それぞれの層を構成する元素成分が記録レーザービームにより短時間で溶解合金化することにより記録マークを構成するものがある（例えば、特許文献１参照）。このものは、記録層が当初２層となっているが、全面的に長時間加熱して溶解合金化したのち、前面結晶化あるいは前面非晶化しておき、レーザービームの照射により結晶化状態の変化させることによっても記録可能であるとしている。すなわち、記録が安定して保持されるには、取り扱いに注意することが必要である。また、再生ビームによっても記録マークの拡散が起こりやすい。

さらに、このものでは、記録時に高速で記録することが困難、記録時に弱いパワーで光記録行うことが困難であるので、合金形成の元素としてＳｉとＣｕを選び、それぞれを主成分とする２層からなる記録層を構成したものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このものは、弱いパワーのレーザー光で記録できるのであるが、再生に際して記録マークが形成されていない位置にも再生レーザー光が照射され、記録レーザーに比べ変化は緩慢であるが、徐々に合金を形成し、記録マークのコンストラクトの低下となる。つまり、再生信号の品位、ＣＮ比が悪くなりやすい。そのため、再生レーザーの出力を小さくする必要があり、再生のためのパワーマージンが小さくなる。
特開昭６２−２０４４４２号公報 特開２００３−２０３３８３号公報

そこで、本発明の課題は、波長５００ｎｍ以下の光によって情報の記録及び再生が可能であり、かつ、記録前及び記録後における記録領域を安定した状態で保持することのできる追記型光記録媒体を提供することである。

すなわち、本発明は、記録層が、主成分がＳｉである第１反応層と主成分がＣｕである第２反応層からなる積層系である追記型光記録媒体において、構成元素がＳｉ及びＣｕと合金を形成しない元素からなる厚み２ｎｍ以上４ｎｍ以下のバリア層が第１反応層と第２反応層の間に設けられていることを特徴とする追記型光記録媒体である。

また、本発明は、バリア層が、ＧｅＴｅ、ＧｅＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ及びＴａからなる群から選択されることを特徴とする上記追記型光記録媒体である。

本発明により、記録層がＳｉを主成分とする第１反応層、バリア層及びＣｕを主成分とする第２反応層の３層構造となった、繰り返し再生耐久性が向上し、記録密度も高い追記型光記録媒体を提供することが可能となった。

以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の追記型光記録媒体の一例の断面図である。

この追記型光記録媒体１は、基板１１上に反射層１２、保護層１３、第２反応層１４、バリア層１５、第１反応層１６、保護層１７及び光透明層１８がこの順に積層されて形成されている。光透明層１８がレーザー光入射側である。また、第２反応層１４、バリア層１５及び第１反応層１６が記録層１９を構成している。

基板１１及び光透明層１８は、追記型光記録媒体を傷や酸化から保護する役割を担う保護材である。光透明層１８は、レーザー光を第１反応層１６から第２反応層１４まで到達させて記録再生を行う必要があるため、レーザー光に対して透明な材料を使用する。なお、レーザー光に対して透明とは、全く透明である場合だけでなく、光吸収が生じたとしても無視できる程度に小さい（例えば、吸収率１０％以下）ことを意味する。

光透明層１８の材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクレート、ポリオレフィン系樹脂、紫外線硬化樹脂等の樹脂、ガラス等が用いることができる。

なお、図１では、レーザー光を光透明層１８の側から入射させる構成を示しているが、光透明層１８と基板１１とを入れ替えた、基板１１からレーザー光を入射させる構成であってもよい。この場合は、反射層１２の側に光透明層１８が形成される構成となり、基板１１がレーザー光に対して透明である材料で作成される。

光透明層１８には、成形等により所定の形状に作製した基板を用いてもよいし、シート状のものを所定の形状となるように加工したものを用いてもよい。また、記録再生に用いるレーザー光に対して透明な紫外線硬化樹脂を用いてもよい。すなわち、膜厚がむらなく所定の膜厚範囲内となるように作製できるものであればよい。ここでいう光透明層１８とは、後に述べる保護層１７からみてレーザー入射側に形成されている透明な層全体を指すものとする。例えば、透明なシートを例えば透明な紫外線硬化樹脂によって貼り合わせて使用したときは、複層にはなっているが、この全体を光透明層１８とする。

また、光透明層１８及び基板１１の少なくともいずれか一方の記録層側面に、レーザー光線を導くための案内溝やピットが、第１反応層１６の位置する面に形成されている。

保護層１３及び保護層１７は、記録材料の保護と第１反応層１６、バリア層１５及び第２反応層１４での効果的な光吸収を可能にするといった光学特性の調節とを主な目的として設けられる。なお、それらの厚みとしては、通常、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲とするのが適当である。

保護層１３及び保護層１７用の材料として、ＺｎＳ等の硫化物、ＺｎＳｅ等のセレン化物、Ｓｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、Ｔａ−Ｏ、Ｚｒ−Ｏ、Ｃｒ−Ｏ等の酸化物、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｍｏ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ等の窒化物、Ｇｅ−Ｃ、Ｃｒ−Ｃ、Ｓｉ−Ｃ、Ａｌ−Ｃ、Ｔｉ−Ｃ、Ｚｒ−Ｃ、Ｔａ−Ｃ等の炭化物、Ｓｉ−Ｆ、Ａｌ−Ｆ、Ｍｇ−Ｆ、Ｃａ−Ｆ、Ｌａ−Ｆ等の弗化物、その他の誘電体、これらの適当な組み合わせ（例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂等）等が使用される。なお、この保護層用材料が、記録再生に使用するレーザー光の波長で吸収があると、光学特性及び記録再生特性に影響を及ぼすので、吸収がない材料を用いることが好ましい。

反射層１２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属、適宜選択された金属の合金等により形成する。反射層１２は、放熱効果や第２反応層１４での効果的な光吸収等の光学的効果を得るために設けられる。その膜厚は１ｎｍ以上であることが好ましい。これは、反射層１２を１ｎｍ以上とすることにより、膜を均一な層状にすることができ、熱的及び光学的な効果の低下を抑制できるからである。なお、反射層１２の膜厚の上限は特には限定されないが、２００ｎｍ以下であることが、良好な記録感度を得ることができるので好ましい。反射層１２と保護層１３との間に、特開２００３−０１６６８７に開示されているように反射層１２の劣化を防止するために界面層を設けてもよい。

本発明の記録層１９は、バリア層１５が形成されている点を除き、特許文献２に記載されているＳｉを主成分とする第１反応層１４とＣｕを主成分とする第２反応層１６とを積層した系から構成される。

なお、このバリア層１５は、ＤＶＤ−Ｒを保管時や再生レーザービームで照射されている時には、第２反応層１６のＣｕが第１反応層１４へ拡散していくのを防止するために設けられる。しかし、記録レーザービームにより記録層１９に記録マークが形成される際には、微小領域が加熱されたＣｕは第１反応層１４へバリア層１９を通して容易に拡散し、Ｓｉと反応して、Ｓｉ−Ｃｕ系の合金を形成する、すなわち、記録マークを形成する。

ところで、バリア層１５は、常温ではもちろん記録時の微小領域が高温になったときでも第１反応層１４を構成する主成分であるＳｉや第２反応層１６を構成する主成分であるＣｕと殆ど反応しない（合金を容易に作らない)元素で構成される。バリア層１５の材料としては、高温で安定なＣｕの拡散を防止できる機能を有するＧｅＴｅ、ＧｅＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ、Ｔａ等から選択されることが好ましい。

バリア層１５の膜厚は、連続膜となる２ｎｍ以上あればバリア層として機能する。厚さが厚くなりすぎると障壁としての作用が大きくなり、Ｃｕが拡散しづらくなるため、上限は４ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、該記録層としては、再生信号強度が大きくなることに対応する記録前後の反射率差が大きくなるような膜厚を選択することが望ましく、通常、第１反応層の厚みは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上６ｎｍ以下、第２反応層の厚みは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上６ｎｍ以下とすることが好ましい。

また、第１反応層はＳｉを主成分とするが、他にＣ、Ｂ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｐｄ等の元素を該層の全元素に対して２モル％以下で得あれば含んでいても良い。さらに、第２反応層はＣｕを主成分とするが、他にＡｕ、Ａｌ等の元素との合金であってもよい。

本発明の追記型光記録媒体は、通常、ポリカーボネート製の基板１１の上に反射層１２、保護層１３、記録層１９及び保護層１７が順にスパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等の方法で積層され、光透過層１８がさらに設けられて、製造される。

なお、本発明では、記録層１９は第１反応層１４、バリア層１５及び第２反応層からなっており、これらは、それぞれの層を構成する元素を供給するターゲット、ガス等により、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等の方法で形成される。

例えば、バリア層を形成する具体的な手法として、バリア層を構成する元素からなるターゲットを用い、アルゴン雰囲気中でスパッタリングにより成膜を行う方法がある。また、バリア層の金属成分であるＺｒ、Ｔａ等の金属を単体ターゲットとし、アルゴンと窒素の混合ガスを用いて反応性スパッタリングにより成膜を行う方法がある。なお、スパッタリングの他、ＣＶＤや蒸着法によってもかまわない。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されないことはいうまでもない。
＜実施例１＞
基板１１として、表面にスパイラル状の幅０．２５μｍ、ピッチ０．３２μｍ及び深さ２０ｎｍの溝が形成されている厚さ１．１ｍｍ、直径１２０ｍｍのディスク状ポリカーボネート板を用意した。

該基板１１上に、反射層１２、保護層１３、第２反応層１４、バリア層１５、第１反応層１６及び保護層１７を順次形成した。各層の膜厚は光学設計により記録部分と未記録部分の反射率差が大きくなるように決定した。

反射層１２はＡｌＣｒを、保護層１３はＺｎＳ・ＳｉＯ₂をスパッタリング法により形成した。次にスパッタリング法により第２反応層１４としてＣｕを６ｎｍ形成した。このとき、Ｃｕの単体からなるスパッタターゲットを用い、アルゴン雰囲気中でスパッタリングを行った。

次にバリア層１５としてスパッタリング法によりＳｂＴｅを２ｎｍ形成した。その後、第１反応層１６としてＳｉを５ｎｍ形成した。そして、再び、保護層１７としてＺｎＳ・ＳｉＯ₂をスパッタリング法により形成した。最後に光透明層１８としてポリカーボネートからなる厚み１００μｍのシートを紫外線硬化樹脂で接着し、本発明の追記型光記録媒体を得た。

次に、得られた光ディスクを、波長４０５ｎｍのＧａＮレーザダイオードを光源に用いた光ディスク記録再生装置を用いて評価した。なお、対物レンズの開口数ＮＡは０．８５である。２Ｔマーク長を０．１５μｍ、ディスク回転速度を線速４．９２ｍ／ｓとした。

ディスクの特性評価は、２Ｔマークの単一信号を適正なレーザーパワーで溝部に記録し、得られた再生信号のＣ／Ｎ比を測定した。但し、ここで溝部とは基板１１に形成した凸凹状のトラックのうち、レーザー入射光側に近い側のトラックと定義する。得られたＣ／Ｎ比は、実用上問題ないレベルであった。また、同一トラックの繰り返し再生テストを１００万回行ったが、Ｃ／Ｎ比の劣化は見られなかった。
＜比較例１＞
バリア層がない図２の構成の追記型光記録媒体を実施例１と同様にして作成し、実施例１と同様に評価した。初期Ｃ／Ｎ比は実施例１と変わらなかったが、繰り返し再生テストでは、１０００回で明らかなＣ／Ｎ比低下が認められた。
＜実施例２＞
バリア層としてＧｅＳｂＴｅを用いた以外は実施例１と同様にして追記型光記録媒体を作成し、実施例１と同様に評価した。Ｃ／Ｎ比は、実用上問題ないレベルであり、繰り返し再生テストも問題ないレベルであった。
＜実施例３＞
バリア層としてＺｒＮを用いた以外は実施例１と同様にして追記型光記録媒体を作成し、実施例１と同様に評価した。Ｃ／Ｎ比、繰り返し再生テストとも問題ないレベルであった。
＜実施例４＞
バリア層の膜厚を４ｎｍにした以外は実施例３と同様にして追記型光記録媒体を作成し、実施例３と同様に評価した。Ｃ／Ｎ比、繰り返し再生テストとも実用上問題ないレベルであった。
＜比較例２＞
バリア層の膜厚を１ｎｍにした以外は実施例３と同様にして追記型光記録媒体を作成し、実施例３と同様に評価した。初期のＣ／Ｎ比は実用上問題ないレベルであったが、繰り返し再生テストでは１０００回でＣＮ比の低下が認められた。
＜比較例３＞
バリア層の膜厚を５ｎｍにした以外は実施例３と同様にして追記型光記録媒体を作成し、実施例３と同様に評価した。Ｃ／Ｎ比が３０ｄＢであり、実用には適さないレベルであった。

以上の結果を表１に示す。

以上の実施例、比較例から明らかなように、本発明の追記型光記録媒体は、第１反応層と第２反応層との間にバリア層が設けられているがＣ／Ｎ比は良好であり、繰り返し再生での耐久性が向上し、記録密度が高いものである。

本発明の光記録媒体の一例の断面図である。 従来の記録層を２層とする光記録媒体の断面図である。

符号の説明

１１ 基板
１２ 反射層
１３ 保護層
１４ 第２反応層
１５ バリア層
１６ 第１反応層
１７ 保護層
１８ 光透明層

Claims (2)

1. 記録層が、主成分がＳｉである第１反応層と主成分がＣｕである第２反応層からなる積層系である追記型光記録媒体において、構成元素がＳｉ及びＣｕと合金を形成しない元素からなる厚み２ｎｍ以上４ｎｍ以下のバリア層が第１反応層と第２反応層の間に設けられていることを特徴とする追記型光記録媒体。
2. バリア層が、ＧｅＴｅ、ＧｅＳｂＴｅ、ＳｂＴｅ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ及びＴａからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の追記型光記録媒体。
   
   

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