JP2008059702A - 光ディスク及びこの光ディスクを用いた光ディスク装置 - Google Patents

光ディスク及びこの光ディスクを用いた光ディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ピットの凹凸が通常と逆の場合に、そこへ成膜する反射膜を銀（または銀合金）とアルミニウム（またはアルミニウム合金）の２層膜とする光ディスク及びこの光ディスクを用いた光ディスク装置を提供する。
【解決手段】 ピット状のパターンにより情報が記録され、反射膜を含む光ディスクにおいて、その反射膜は第１層５０とこの第１層５０とは異なる第２層５２の２層構造で形成され、特に第１層５０の材料はアルミニウムまたはアルミニウム合金または酸化アルミニウムであり、第２層は第１層上に接し材料は銀または銀合金であることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、情報を記録可能なＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Blu-Ray DISC）、ＨＤ ＤＶＤなどの多層の光ディスクに関する。また、本発明は、この多層の光ディスクを再生する光ディスク装置に関する。
現在、デジタル化された情報を記憶させる媒体としてＣＤ，ＤＶＤなどの光ディスクが一般的に使用されている。このうちＤＶＤ（または次世代の光ディスクとして規格化の進められているＨＤ ＤＶＤ）は２枚のプラスチック基板の貼り合わせというディスク構造をとるため比較的簡単に情報記録層の２層化による大容量化が可能である。
このような片面２層ディスクの中には、青色レーザに対して両層の反射率を等しくするために、情報を再生する光ピックアップヘッド側から見て、手前の層の半透過膜には銀または銀合金、奥側の層の全反射膜にはアルミニウムまたはアルミニウム合金の材料を用いているものがある（特許文献１参照）。
特開２００４−３５５７０１号公報
しかしながら、更なる大容量化の要求に対応するため、３層以上に多層化する開発も進められてきている。特に、３層以上の再生専用型光ディスクでは、ピットの凹凸が通常と逆の場合があり、その場合は背景技術で述べた半透過膜の銀を成膜した場合に信号特性が大きく劣化するという問題が出てきた。
このような場合、凹凸を更に逆にするか半透過膜としてアルミニウムを用いることでこの問題を回避している。しかし、凹凸を逆にすると成形が困難であるという問題があり、またアルミニウム半透過膜は透過率が悪い上に薄くて耐久性に難があるため、何れにしても問題解決には至っていない。
そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決するために成されたものであり、ピットの凹凸が通常と逆の場合に、そこへ成膜する反射膜を銀（または銀合金）とアルミニウム（またはアルミニウム合金）の２層膜とする光ディスク及びこの光ディスクを用いた光ディスク装置を提供する。
上記した課題を解決するために、この発明は、ピット状のパターンにより情報が記録され、反射膜を含む光ディスクにおいて、その反射膜は第１層とこの第１層とは異なる第２層の２層構造で形成されることを特徴とする。
この発明によれば、ピットの凹凸が通常と逆の場合に、そこへ成膜する反射膜を銀（または銀合金）とアルミニウム（またはアルミニウム合金）の２層膜とすることで、ピットへの膜の付き回りの良いアルミニウムの特性と、透過率が良く膜が厚く出来るという銀の特性からくる耐久性の向上と言う双方の利点を持つ反射膜を実現できる。またこの材料は現行のディスク製造装置に容易に導入可能であり、光ディスク量産性に向いている。
以下、この発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る多層ディスクの片面３層光ディスクの構造を示す図である。図１に示したものは、一例として片面３層のＨＤ ＤＶＤ再生専用ディスクである。情報が記録されたＬａｙｅｒ０（Ｌ０）とＬａｙｅｒ２（Ｌ２）のピットパターン２、４が成形基板１０及び２７上にそれぞれ設けられ、さらにＬａｙｅｒ１（Ｌ１）のピットパターン３がフォトポリマー２４上に設けられていることが特徴である。再生光は波長４０５ｎｍでＮＡ０．６５の光学系を用いて図中下側から照射される。
各情報記録層には最短長０．２０４μｍのピットがトラックピッチ０．４０μｍでスパイラル状に形成されている。ディスクの寸法は外径１２０ｍｍ、内径１５ｍｍ、総厚１．２ｍｍ±０．０３ｍｍとＣＤ、ＤＶＤ（またはＨＤ ＤＶＤ、ＢＤ）と同じ寸法である。
ここで本発明で扱う光ディスクは、ピットパターンの頂上（凸）の向き（ピットの頂上部が向いている方向）が反射膜の成膜側に向いている層を持つ場合に特にその効果が顕著に現れる。図２にて詳述するが、例えば図１の実施例ではＬａｙｅｒ１の層が該当する。但し、情報がピット状のパターンにより記録されている層を持ちさえすれば本実施例の形態に限られるわけではなく、２層以下や４層以上の情報記録層を持ったディスクでも、またより高密度または低密度のディスク、小径（例えば８０ｃｍ）ディスクや両面ディスク、またＢＤなど他方式の光ディスクでも良い。なかでも片面３層ＨＤ ＤＶＤ以外に本発明の適用例として有力なのは、ＤＶＤ １層とＨＤ ＤＶＤ ２層の計３層を持つディスクや、逆にＤＶＤ ２層とＨＤ ＤＶＤ １層の計３層を持つディスクである（ツインディスクの一種）。
図２は、片面３層光ディスクの製造方法の流れを示した図である。
以下に、図２に従って本発明の一例である片面３層光ディスクの製造方法を説明する。なお、図１と同じ箇所には同一符号を付してある。
まず、金型１５とＮｉスタンパ１７から射出成形によりＬａｙｅｒ０を転写したＬ０成形基板１０を作製する（ＳＴ２１）。これは通常の単層及び２層のＤＶＤ、ＨＤ ＤＶＤと同じであり、成形材料は一般的にはポリカーボネート、型となるＮｉスタンパ１７はリソグラフィにより作製した原盤をメッキすることで作製する。そして、ＳＴ２１で作製したＬ０成形基板１０のピットパターン２上に半透過反射膜２１を成膜する（ＳＴ２２）。
並行してＬａｙｅｒ１のプラスチックスタンパ２３を同様に射出成形により作製する（ＳＴ２３）。プラスチックスタンパ２３の材料は一般にはシクロオレフィンポリマーであるが、代わりにＰＭＭＡ（Polymethylmetacrylat：ポリメチルメタクリレート）やポリカーボネートでも良い。射出成形にはＳＴ２１同様にＮｉスタンパ１７を用い、成形機や金型１５などの設備も基本的には通常のＤＶＤ用のものを用いる。このようにして用意したＬ０成形基板１０とプラスチックスタンパ２３を、フォトポリマー２４を介して貼り合せて紫外線により硬化させる（ＳＴ２４）。
フォトポリマー２４は一般的にはスピンコートにより塗布され、この層はＬ１のピットパターンの転写層と、Ｌａｙｅｒ０−Ｌａｙｅｒ１を分離する中間層とを兼ねる。フォトポリマー硬化後、プラスチックスタンパ２３を剥離させる（ＳＴ２５）。そうして剥き出しになったフォトポリマー２４で形成された（Ｌ１の）ピットパターン３上に半透明反射膜２５を成膜する（ＳＴ２６）。
並行して射出成形によりＬａｙｅｒ２を転写したＬ２成形基板２７を作製する（ＳＴ２７）。これも通常の２層ＤＶＤ、ＨＤ ＤＶＤと同じであり、一般的にはポリカーボネートとＮｉスタンパ１７により成形する。このＬ２成形基板２７のピットパターン４上には全反射膜２９を成膜する（ＳＴ２８）。このようにして用意したＬ２成形基板２７をＬ１のピットパターン３上に紫外線硬化樹脂３１で貼り合せる（ＳＴ２９）。これは通常の２層ＤＶＤ、ＨＤ ＤＶＤの貼り合わせ工程と同じであり接着層はＬａｙｅｒ１−Ｌａｙｅｒ２を分離する中間層となる。これにより片面３層光ディスクの完成となる。
上記の方法で作製された３層光ディスクにおいて、Ｌａｙｅｒ１はプラスチックスタンパ２３を用いる工程が追加されるため、転写回数が一回増えることにより一般には最終的に形成されるパターンは他の層と凹凸が逆になる。すなわち、このＬａｙｅｒ１層はピットパターンの頂上(凸)の向きが反射膜成膜側に向いている層となる。
ここで一つ大きな問題が生じる。Ｌ１の記録パターン３上の半透明反射膜２５は透過率も要求されるため、成膜の容易性等も考慮して一般には銀または銀合金を使用する。Ｌａｙｅｒ１層は３層中２番目の層であるため、その反射膜に上述の銀（または銀合金の）の半透明膜が用いられると、ピットパターンの頂上の向きから成膜する場合、膜がピットパターンに正確に密着しない（付き回りが悪い）という問題が生じる。
これは、反射膜材料が銀のときにより顕著であり、これは銀の成膜時の凝集が強く引っ張り応力によりピットパターンから剥がれてしまうものと考えられる。これを解決するには、例えば転写回数を更に一回増やして凹凸を逆にする、または反射膜材料を銀以外の材料にする、といった方法が挙げられる。しかし、転写回数を一回増やすと生産タクトタイム、品質、歩留まり等が低下して生産性を大幅に損なう。また反射膜材料についてはアルミニウムならば上述の問題は抑えることが出来るが透過率が悪く、また本実施例のような３層ＨＤ ＤＶＤのＬａｙｅｒ１の場合は光学的な最適膜厚が８ｎｍ前後とあまりに薄くなりすぎて保存特性などの耐久性に難がある。
そこで、図３に本発明の反射膜の構造図の一例を示す。
図３に示すように、ピットの頂上部が向いている方向（凸である方向：図中下方向）に、反射膜が設けられ、その反射膜は２層構造となっている。ピットに直に接する層（第１層５０）の材料はアルミニウムまたはアルミニウム合金あるいは酸化アルミニウムであり、次の層（第２層５２）の材料は銀または銀合金である。
すなわち、本発明ではピットパターンの頂上（凸）の向きが反射膜製膜側に向いている層については、その反射膜を２層にして、ピットパターンに密着する層をアルミニウム（またはその合金あるいはその酸化物）にて形成し、もう一方の層を銀（または銀合金）にて形成することとする。このようにすれば、アルミニウムの層がパターンへの密着の役割を果たし、該当の層からの再生信号品質を向上させることが出来る。また、アルミニウム層を極薄く（１０ｎｍ以下でかつ銀の層より薄く）設定することで透過率も確保することが出来る。反射膜の総厚は銀の層により確保することで、透過率を保ちつつ保存特性などの耐久性を上げることができる。
実際に本実施例の片面３層光ディスクにおいて、Ｌａｙｅｒ１の反射膜を銀、アルミニウム、アルミニウムと銀の２層構造膜（本発明の反射膜）と３種類作成し、その信号特性を環境試験の前後で測定して比較したのが図４である。
図４に示すように、測定結果において、ＳｂＥＲ（Simulated bit Error Rate）とＰＲＳＮＲ（Partial Response Signal Noise Ratio）はＨＤ ＤＶＤの信号品質を表す指標で、ＳｂＥＲはエラーレートに相当するため低い値の方が、ＰＲＳＮＲは信号対雑音比に相当するため高い値の方がそれぞれ望ましい。図４より、銀反射膜よりもアルミニウム反射膜の方が信号品質は良い。それに対してアルミニウムと銀の２層構造反射膜についてはアルミニウム反射膜に匹敵する良好な信号品質が得られている。アルミニウム反射膜は信号品質は良いものの透過率と耐久性に難があることを考慮すれば、本発明のアルミニウムと銀の２層構造反射膜があらゆる点でバランスよく優れていることが解る。
事実、図４には環境試験（温度８０℃、湿度８５％、時間２００Ｈ）前後のＳｂＥＲとＰＲＳＮＲの値を示しているが、本発明の２層構造反射膜は、従来の銀反射膜及びアルミニウム反射膜に比べて環境試験による劣化も少なく、耐久性に優れることが実証された。なお、耐久性の向上についてはピットの凹凸の方向に拠らず発揮される。
なお、本実施例では３層ＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭディスクの反射膜はそれぞれ、Ｌａｙｅｒ０（銀１４ｎｍ）、Ｌａｙｅｒ１（アルミニウム４ｎｍ＋銀１７ｎｍ）、Ｌａｙｅｒ２（アルミニウム２７ｎｍ）とした。もちろんこれは一例であるが、各層共に反射率は１０％以上確保することができ、膜厚もすべての層で１０ｎｍ以上確保することで耐久性も問題ない。
本発明による反射膜は現行の光ディスクでも用いられている銀とアルミニウムを用いるため、現行光ディスク製造ラインとの相性が良く、装置の小変更で実現することが出来るのも利点である。その点で言えば銀をやや高価であるが耐久性の良い金に置き換えても良い。逆に装置の新規導入を厭わなければ、銀の層をより透過率が高くて耐久性も優れる誘電体膜（例えばシリコン）に置き換えても良い。
このように、ディスク多層化プロセスなどによって通常とはパターンの凹凸が逆、つまりピットパターンの頂上（凸）の無機が反射膜製膜側に向いている層を持つ光ディスクにおいても、本発明によれば、その反射膜がピットパターンに正確に密着し、同時に透過率も確保することができ、かつ適度の膜厚を持つことでパターンの凹凸方向に拠らず耐久性も確保することができる。
また一般的なディスク反射膜材料である銀とアルミニウムを用いることで、現行光ディスク製造ラインはほぼそのままで本発明を実施することができ、製造性が非常に良いことがわかる。
次に、上述した光ディスクに記録された情報を再生する光ディスク装置について説明する。図５は、光ディスクを再生するための光ディスク装置の概略構成を示すブロック図である。図５に示すように、光ディスクＤは例えば図１に示した片面３層光ディスクである。光源には短波長の半導体レーザ光源１２０が用いられる。その出射光の波長は、例えば４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲の紫色波長帯のものである。半導体レーザ光源１２０からの出射光１００は、コリメートレンズ１２１により平行光となり偏光ビームスプリッタ１２２、λ／４板１２３を透過して、対物レンズ１２４に入射される。その後、光ディスクＤの基板を透過し、各情報記録層に集光されるようになっている。光ディスクＤの情報記録層による反射光１０１は、再び光ディスクＤの基板を透過し、対物レンズ１２４、λ／４板１２３を透過し、偏光ビームスプリッタ１２２で反射された後、集光レンズ１２５を透過して光検出器１２６に入射される。
光検出器１２７の受光部は、通常複数に分割されておりそれぞれの受光部から光強度に応じた電流を出力する。出力された電流は、図示しないＩ／Ｖアンプ（電流電圧変換）により電圧に変換された後、演算回路１４０に入力される。入力された電圧信号は、演算回路１４０によりチルト誤差信号及びＨＦ信号及びフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号などに演算処理される。チルト誤差信号はチルト制御を行うためのものであり、ＨＦ信号は光ディスクＤに記録された情報を再生するためのものであり、フォーカス誤差信号はフォーカス制御を行うためのものであり、またトラック誤差信号はトラッキング制御を行うためのものである。
対物レンズ１２４はアクチュエータ１２８にて上下方向、ディスクラジアル方向、およびチルト方向(ラジアル方向または／およびタンジェンシャル方向)に駆動可能であり、サーボドライバ１５０によって光ディスクＤ上の情報トラックに追従するように制御される。なお、チルト方向には２種類ある。光ディスクの中心に向かってディスク面が傾くことで生じる「ラジアルチルト」と、トラックの接線方向に生じる「タンジェンシャルチルト」とがある。このうちディスクの反りで一般に生じるのはラジアルチルトである。単にディスク製造時に生じるチルトだけではなく、経年変化や使用環境の急変で生じるチルトも考慮する必要がある。
このような光ディスク装置を用いて、本発明の光ディスクを再生することができる。すなわち、ピットパターンの頂上（凸）の無機が反射膜製膜側に向いている層については、その反射膜を２層にして、ピットパターンに密着する層をアルミニウム（またはその合金あるいはその酸化物）にて形成し、もう一方の層を銀（または銀合金）にて形成された光ディスクであるものが上記光ディスク装置で再生可能となる。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
本発明の実施形態に係る多層ディスクの片面３層光ディスクの構造を示す図。 片面３層光ディスクの製造方法の流れを示した図。 本発明の反射膜の構造を示す図。 本発明の反射膜の効果を示した図。 光ディスクを再生するための光ディスク装置の概略構成を示すブロック図。
符号の説明
２・・・Ｌ０の記録パターン、３・・・Ｌ１の記録パターン、４・・・Ｌ２の記録パターン、１０…Ｌ０成形基板、１５・・・金型、１７、１８…Ｎｉスタンパ、２１…半透過反射膜、２３、３３・・・プラスチックスタンパ、２４…フォトポリマー、２５・・・半透明反射膜、２７・・・Ｌ２成形基板、２９・・・全反射膜、３１・・・紫外線硬化樹脂、５０・・・反射膜第１層、５２・・・反射膜第２層

Claims (9)

  1. ピット状のパターンにより情報が記録され、反射膜を含む光ディスクにおいて、その反射膜は第１層とこの第１層とは異なる第２層の２層構造で形成されることを特徴とする光ディスク。
  2. 前記第１層は、前記ピット上に直に接し、材料はアルミニウムまたはアルミニウム合金または酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
  3. 前記第２層は、前記第１層上に接し、材料は銀または銀合金であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
  4. 前記反射膜を有する情報記録層は、ピット状パターンのピット頂上部が向いている方向にその反射膜が設けられている構造を持つことを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
  5. 前記反射膜を有する情報記録層は、２層以上の情報記録層を持つ多層光ディスクのレーザ光入射面から見て一番奥以外の層であり、前記反射膜はレーザ光に対して半透明であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
  6. 前記第１層の厚さは、前記第２層の厚さ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
  7. 前記第１層の厚さは１０ｎｍ以下で前記第１層と前記第２層の合計厚みは１０ｎｍ以上で、且つ、前記第１層の厚さは前記第２層の厚さ以下であることを特徴とする請求項６記載の光ディスク。
  8. 前記反射膜の第２層の材料は、銀から金または誘電体材料に置き換えても可能であることを特徴とする請求項３記載の光ディスク。
  9. 前記請求項１の光ディスクにレーザ光を照射する照射手段と、
    前記照射手段によって照射された前記レーザ光からの反射光を受光する受光手段と、
    前記受光手段によって受光された前記反射光に基づいて、前記光ディスクを再生する再生手段とを有することを特徴とする光ディスク装置。
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