JP2008507067A - 多層光ディスクとその製造方法および装置 - Google Patents

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Abstract

多層光ディスクとその製造方法および装置を提案する。技術はあらゆるフォーマットの光反射ディスクの層数の増加を実現する。本技術は、既存のＣＤ／ＤＶＤ生産ラインに対し低コストなアップグレードを行うことで、あらゆるフォーマットの多層光反射ディスク（ＣＤ、ＲＯＭ、ＤＶＤ ＲＯＭ、ブルーレイ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等）の製造を可能にする。
【選択図】図４

Description

本発明は一般的な情報記憶装置の分野に関し、さらに詳細には多層光ディスクおよびその大量生産を含む製造方法に関する。
情報記憶の光システムは大量の様々なデータの保存ならびにその書き込みと読み取りを実現する。
ＨＤＴＶ、ＨＤビデオおよび高速インターネットは大記録容量を備える安価な担体を必要とする。１層のデータ記録密度は、より短いレーザー波長、およびそれぞれがより小さなピットサイズを使用することによって増加させることができる。他の方法としてはデータ層を増やす方法、すなわち多層ディスクを使用する方法がある。従来のＤＶＤはディスクの片面に最大２層を有する。
光情報記憶デバイスからの読み取りは、通常、焦点をデータ層の１層に合わせたレーザービームの反射光が、ピット−ランドパターンによる変調でデータを担うことで行われる。
Ｒｕｓｓｅｌの米国特許第４，０９０，０３１号、第４，２１９，７０４号は、記録された情報を格納する層をディスクの片面に有する多層光ディスクを特徴とし、レーザービームはトラックに沿って記録されたデータをデジタルまたはアナログのいずれかの形で走査する。そのようなディスクの読み取り装置は、読み取りビームが各層に順に焦点を合わせられるよう設計されていた。読み取り光の光源および検出システムは初めてディスクの一方の面側に配置された。これは、透明な層（異なる光透過能力を有する層、もしくは異なる色素またはフォトルミネセント材料から製造する）を製造することも可能であったが、反射コーティングの方が好ましかったからである。（層が異なる色素を含む材料またはフォトルミネセント材料から製造された場合、）読み取り装置は、レンズの焦点の変更もしくは光フィルタの変更によって１つの層から他の層へ再調整された。
Ｐｈｉｌｉｐｓに譲渡された米国特許第４，４５０，５５３号は、データ層レリーフを、その波長でレーザーを吸収しない層の数に応じて２０％〜６０％の反射率の誘電体層で被覆することによって、または、各層の信号がほぼ等しくなるようにその厚さおよび材料が決定された薄い金属コーティングで被覆することによって、多層（少なくとも２層）ディスクを製造できる可能性について（公開された刊行物データに基づいて）記述している。誘電体コーティングの例としては、セレン化亜鉛、酸化ビスマス、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、およびその組み合わせが挙げられる。
ＩＢＭに譲渡された多層ディスクおよびそれぞれの駆動装置に関する米国特許第５，２５５，２６２号、第５，２０２，８７５号、第５，３７３，４９９号、第５，４４６，７２３号、第５，６１０，９０１号、第５，６６６，３４４号は、従来用いられた全ての装置は、レンズの焦点距離の変更および隣接層からのクロストーク除去による異なる層からのデータ読み取り、およびトラッキング信号の生成などを行っているため非常に複雑であると指摘する。発明者らはより単純な装置およびそれを機能させる機構の物理的基礎を提供している。同時に、これらの特許はディスク製造の明確な技術について何も記述していない。
空気または異なる屈折率を有する厚さ１００〜３００μｍの透明な固体層によって分離された情報層を備える多くの基板からなる光ディスクを開示する、米国特許第５，２５５，２６２号も参照すべきである。最後のデータ表面のみ完全な反射コーティングで被覆される。上部基板（そこを通ってレーザー信号が入射する）は厚さ１．２ｍｍであり、残りは厚さ０．４ｍｍ（一般に０．２〜０．８ｍｍ）である。層の透過率を９６％（コーティングなし）とし、隣接層からのスプリアス信号の低減をもたらすという選択肢もある。必要なレーザー出力を低減するためにデータ層は反射が４％（λ／２ｎ）〜２０％（λ／４ｎ）（ｎは反射率である）を実現する誘電体コーティングで被覆される。ＺｒＯ２、ＺｒＳ、ＳｉＮおよび酸化物の混合物が誘電体コーティングとして用いられる。この特許はまた、データ層をＷＯＲＭおよび記録可能な種類（相変化、磁気光）ならびにその組み合わせによって製造が可能であることを強調している。トラッキング信号取得についても詳細に記載されている。駆動装置は波長７８０ｎｍの半導体レーザーおよび収差補償器を使用しており、合焦レンズ（ＮＡは０．５５）の位置はサーボシステムによって設定されていた。補償器はステップ状の設計を有し、第１ステップは厚さ０．４ｍｍ、第２ステップは厚さ０．８ｍｍ、第３ステップは厚さ１．２ｍｍであった（異なるタイプの補償器と見なしていた）。
厚さと反射率の選択によって多層ディスクにおける球面収差補正を行い、各情報層の読み取りにおける光の波長を一定に保つ、困難な手法について述べた米国特許第５，３７３，４９９号を参照すべきである。
また、第１データ表面に、いくつかの半導体コーティング（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂまたは非晶質Ｓｉを含む）、ならびに化合物ＡＢ（Ｂ＝Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、およびＡ＝Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｂ等）、その上に透明誘電体の保護層が堆積される２層ディスクを開示する米国特許第５，６６６，３４４号も参照するべきである。層の厚さは２５〜５０００Ａであった。共同発明者達は各データ層から反射される光の強度は同じでなければならないと指摘している。
従来の２層ディスクＤＶＤ−９の製造には、従来の金型における通常の射出成形工程（Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第５，８７６，８２３号に開示された技術に基づく）、およびＷＡＭＯ社に譲渡された米国特許第６，１１７，２８４号に開示されたいわゆる２Ｐ工程（フォトポリマーのスタンプ）の両方を用いることができる。第１の場合においては、情報層は射出成形を用いて第１ＤＶＤ基板（０．６ｍｍ）上にスタンプされ、さらに部分的反射コーティング（例えば、Ａｕ、Ａｇ、またはＳｉ）を堆積して被覆され、別途同じ方法を用いて第２ＤＶＤ基板（０．６ｍｍ）上に第２データ層のレリーフが作られ、これはさらに完全な反射コーティングで被覆される。次いで、両方の基板は「裏−裏」で接着される。
第２の方法によれば、第１データ層のレリーフを有する基板は最初に半反射性コーティング、次いでＵＶ硬化フォトポリマーで被覆され、次いで第２のスタンパーがその中にスタンプされてＵＶ硬化され、結果として第２データ層が形成される。後で、スタンパーは分離され、第２データ層は反射コーティングと接着剤層で被覆される。ＤＶＤ−９の場合、次のステップはブランク基板を貼り付けることであり、ＤＶＤ−１４の場合、単一情報層を有する第２基板、ＤＶＤ−１８では同じように製造された第３と第４データ層を含む「サンドイッチ構造」の残り半分を貼り付けることである。
この目的のために、ＤＶＤ−９（２層、片面）の製造において、従来の金型における射出成形（Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ）法は以下のステップを含む。
修正２Ｐ工程（ＷＡＭＯ）法によるＤＶＤ−９の製造は、以下のステップを含む。
ＤＶＤ−９は第１法および第２法の両方で製造できるが、ＤＶＤ−１４とＤＶＤ−１８（それぞれ両面の３層または４層ディスク）はＷＡＭＯ技術だけを必要とする。ＤＶＤ−９とＤＶＤ−１８を製造するいくつかの会社はそれを用いている。
部分的反射層への更なるスパッタリングを伴う射出成形という従来の方法で作製された、第１および最終の情報レリーフを有する外側基板による４層（２層、両面）サンドイッチの修正された製造方法を開示する米国特許第６，１７７，１６８号を参照するべきである。サンドイッチの中間は第１層および最終層と同じ装置を用いて作られるが、スタンパー（第２および第３データ層のレリーフを有する）は金型のプレス側およびベース側の両方から固定され、その結果、これらのデータレリーフは内部層（必ずしも光学品質ではない材料から作られる）上にスタンプされ、後に反射材料で被覆される。次いで、この層は予め作製された第１および第４データ層を有する２枚の基板間に接着され、４層ディスク（各面に２層で、両面）を得ることになる。
また、ＷＡＭＯ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第６，３０９，４９６号を参照するべきであり、これは、データレリーフを転写するためのプラスチックマトリクスを用いてＤＶＤ−１４およびＤＶＤ−１８ディスクを製造する技術を説明している。
両面の３層または４層ディスクを製造するＷＡＭＯ技術は以下のステップを含む。
現在、２層、３層、および４層ＤＶＤの製造ラインのほとんどは上述のＷＡＭＯ技術を用いる（例えば、www.technicolor.com/images/TCP/content/DVDDummies.pdfを参照）。
図１および図２に、２層片面ＤＶＤディスク製造の従来のＷＡＭＯ法が示される。Ｎｉスタンパーからの射出成形を用いて、第２層１１のデータ担体レリーフを有するＰＭＭＡの基板１０が形成される。次いで、基板は完全反射層１２（Ａｌ）でスパッタリングが行われる。同時に、射出成形によって第１層１３のデータ担体レリーフを有するポリカーボナート基板１４が製造される。後に、基板は部分反射層１５でスパッタリングが行われる。ポリカーボナート基板１４およびそれぞれ情報層を有するＰＭＭＡ１０の１つが、ＵＶ硬化フォトポリマー接着剤１６を用いて、内部のデータ層にＤＶＤボンディングによって接着される。その後、基板１０は分離され、反射層１２はポリカーボナート基板１４に転写される。他のポリカーボナート基板１７が、続いて使用する準備のできた基板１０を有するこのサンドイッチの上に接着される。
説明した多層ディスクの製造方法は多くの欠点を有する。すなわち、基板１０を分離して極めて薄い（５０μｍ未満）反射層１２をポリカーボナート基板に転写する際に損傷が大きいこと、ならびにフォトポリマー接着剤１６の収縮によるデータ層１２のさらなる破壊または変形の可能性のため、有効ディスクの生産高が低いことである。加えて、この方法は片面の層が２層より多いディスクの製造には適用できない。
最近、多層ディスク製造の分野には多くの出来事が起きた。１４〜１５ＧＢを超える容量の多層片面ディスクでは、ＨＤＴＶ用途および高速インターネット（１００Ｇｂ／秒）の市場で、少なくとも３種類の製造規格が互いに競合を開始した。一方で、コンソーシアム（ディスク、駆動装置、およびコンピュータを製造するリーディングカンパニー９社）はいわゆるブルーレイディスク（ＢＤ、容量は１層片面で２７ＧＢ、２層片面で５０ＧＢまで）の規格を開発し採用した。同時に、ＴｏｓｈｉｂａとＮＥＣはＡＯＤ規格（アドバンスト光ディスク、単層で１５ＧＢ、２層で３０ＧＢ）を開発し、ＤＶＤフォーラムはこの規格を次世代ＤＶＤのための基本として採用した。両方のシステムは波長４０５ｎｍの青色レーザーダイオード（これはまだ極めて高価であり、Ｎｉｃｈｉａ社が独占している）を使用している。
コンソーシアムは、レンズとデータ層間の距離に精密さが要求される高開口数レンズ（ＮＡ＝０．８５）の使用を計画している。これが、ブルーレイディスクが、各々厚さ０．６ｍｍのほぼ等しい半分の２層ではなく、厚さ１．１ｍｍの「半分」のデータ層と厚さ０．１ｍｍの超硬材料の保護層からなる理由である。この薄い層は手で取り扱われるときの擦傷を保護せず、この点が製造者がディスクを使用に不便なカートリッジ中に配置することを計画する理由である。また、ＴｏｓｈｉｂａとＮＥＣも、２層ＤＶＤとＮＡ＝０．６５のレンズの駆動装置を使用する従来の方法を望んでいるが、彼らのＡＯＤディスクの記録密度を増加させるために青色レーザーを使用することを計画している。両方のシステムは３６Ｍｂ／秒の読み取り速度を有するとされる。
そして最後に、台湾および中国の製造者が、赤色レーザーであるが異なる圧縮フォーマット（ＭＰＥＧ−２ではなくＶＰ−５、ＶＰ−６）を用いるＥＶＤ規格（エンハンスド汎用ディスク）が開発されており、層あたり９Ｇビットの記憶情報容量を実現している。
全ての新しいフォーマット（ＥＶＤを除く）は、通常の場合、他の技術段階に移行することを意味し、例えばブルーレイディスクにおいて、最小ピットは、０．５８μｍのサイズ、トラック間の距離０．３２μｍ、レンズからデータ層までの距離１００μｍを有しなければならない。これら全てがシステム（ディスク＋駆動装置）製造の全体の工程を複雑にしている。同時に、ＭＰＥＧ−２圧縮によるＨＤＴＶフォーマットの２時間の映画は１５ＧＢ程度を必要としており、「ブルーレイディスク」フォーマットによって提供される容量は明らかに過剰である。
当技術分野において、多層光情報担体の新規な製造方法、特に多層光記憶デバイスの大量生産に適した方法を提供する必要がある。
本発明は、各層に高い記録密度を有する多層反射ディスクの製造方法および技術を提供する。単層／２層ディスクのあらゆるフォーマットの枠内のこの方法によって、その製造技術が変化し、データ層の数をその光特性を変化させずに３、４層以上に増加できるようになり、したがって、単層ディスクに比べてディスク上のデータ容量を２倍、３倍、４倍等に増加できるようになる。各層上の記録フォーマットはそれぞれ単層ディスクで用いられたものと同一のままにすることができる。さらに、この技術は、それぞれ単層／２層ディスクのために設計されたラインをアップグレードするだけで多層ディスクの生産ラインの構成が可能になる技術的方法を用いる。
完全反射層（例えば、単層ディスクにおいて金属で被覆された）または部分的反射（〜３０％、例えば、半導体で被覆された）第２層、および例えば２層ディスクにおいて金属で被覆された完全反射第１層の代わりに、多層光ディスクの全ての層は、例えば、ＤＬＣなどの誘電体の薄い層で被覆され、低い反射率（〜数パーセント）を形成する。最後のものを含む全ての層が、実際に同じ反射率を有することが重要である。
提案された多層ディスクの製造方法は、一方で、ＷＡＭＯ技術に従うそれらのディスクの製造方法に固有の欠点を回避することを可能にし、他方で、片面多層光ディスクを製造するための従来のＤＶＤ装置（射出成形、ボンディング、堆積等）をほぼ使用することを可能にする。
図３〜７に、追加の装置を必要とせずに射出成形装置を用いて多層ディスクを製造する本発明の方法が示される。
この工程において、図３に示した最初のステップは、射出成形を用いて、部分的な反射被覆層３２（好ましくはＤＬＣ）を有するポリカーボナート基板３０、および好ましくは非接着層３５（例えば、ＳｉＯ２）で被覆されたプラスチックマトリクス３３を形成することである。
ここに描かれているのは、例えばデータ保持表面３１を有するポリカーボナート３０からＮｉスタンパーを備える射出成形法によって基板を形成するステップである。低反射膜３２は、例えばＤＬＣなどの基板上に堆積される。同様に、射出成形法を用いて、データ保持レリーフ３４を有するプラスチック（例えば、ポリカーボナート）マトリクス３３が作られる。加えて、例えばジメチルジクロロシランによる後続の工程で、非接着性コーティング３５、例えばＳｉＯ２が施される。
図４を用いて、プラスチックマトリクス３３を、収縮が少なく、例えばジアクリラートポリエチレングリコールからなるフォトポリマー接着剤４０を用いて、ＤＶＤボンディングによってデータ層３２を有する基板３０に接着する工程が示される。次いで、第２層のデータ保持レリーフ４１を形成するために、プラスチックマトリクス３３が剥離される。さらに、データ保持レリーフ４１は低反射コーティング層４２、例えばＤＬＣで被覆される。
図５は第３データ層の形成工程を示す。好ましくはマトリクス３３と同様に作られた非接着性コーティング５１（例えば、ジメチルジクロロシランで追加処理されたＳｉＯ２）を有するプラスチックマトリクス５０は、さらにフォトポリマー５２を用いてＤＶＤボンディングによって接着され、次いで剥離されて第３層のデータレリーフ５３を形成する。低反射性コーティング５４（好ましくはＤＬＣ）がレリーフ５３上にスパッタリングされる。
３層片面ディスク８０の完全な構造が図６に示される。全ての層およびレリーフの機能は前の図で説明されている。３層のデータ層を有する基板３０は標準的なＤＶＤボンディングステップを用いてブランク基板６０に積み重ねられる。同様にして、必要な数のデータ層を形成することができる。
図７を用いて、データ層７７を有する基板７６からマトリクス７５を剥離するステップを示す。データ層７６を有する基板とプラスチックマトリクス７５からなるディスク７１は、ホルダー７４内に保持され、ディスクの側面７２から２本の針７３が配置される。針７３が側面７２に対して設けられた後、それらを外して、ディスクをプラスチックマトリクスの非接着堆積の線に沿って２個の部分に分割する、すなわち、転写されたデータ層を有する基板からマトリクスを分離する。代わりに、１本の針７３を使用できる。それが表面７２に対して設けられた後、それはホルダー７４に対して移動して、ディスクからマトリクスを引き裂く。
他の実施形態によれば、多層ディスクは、３層および４層ディスクの製造に用いられる上述のＷＡＭＯ技術に類似の技術によって形成することができる。この目的のために、必要数の単層（ＤＶＤ−１４と同様）または２層（ＤＶＤ−１８と同様）の「サンドイッチ」が上述の技術によって形成され、さらに互いにボンディングされる。
層あたり４．７ＧＢの密度を有する標準的なＤＶＤ ＲＯＭは、駆動装置のレンズ開口をＤＶＤ−Ｒ駆動装置に典型的である０．６５に上げられれば、層あたり少なくとも５ＧＢ（６ＧＢまでも）に適合することができる。本発明の技術は、標準的なＤＶＤ生産ラインをアップグレードして、本発明に従って所望の容量の多層反射ディスク、例えば、
容量１５ＧＢの３層反射光ディスク、
容量２０ＧＢの４層反射光ディスク、
容量２５ＧＢの５層反射光ディスク、
容量３０ＧＢの６層反射光ディスク等
を製造するための生産ラインを実現することが可能である。
また、この技術は青色レーザーで動作する光ディスク（ブルーレイディスク、Ｓｏｎｙおよびコンソーシアム）（層あたり２０〜２５ＧＢ程度）の製造に用いることもできる。それは２層（４０〜５０ＧＢ）、３層（６０〜７５ＧＢ）等の光ディスクの製造を立ち上げるための生産ラインのアップグレードを可能にする。
この技術は、波長に関しては、現在存在する、もしくは近い将来設計されるであろう反射型のあらゆる光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ型、ＲＯＭ、ＲＷ、ＷＯＲＭ）の製造に用いることができる。
既に指摘したように、開示される技術は駆動装置産業の技術的能力に関して計画された。多層反射ディスクを読み取る駆動装置も、現在存在するラインをアップグレードすることによって生産できる。異なる用途、例えば、ＨＤＴＶ、３−ＤＴＶ、コンピュータゲーム等のための、所望の容量および異なる種類の層（リードオンリー、記録可能、再書き込み可能）の組み合わせを有する多層光ディスクを本発明によって製造できる。
図３〜６の３つの技術例を示す。
ＤＬＣ層のスパッタリング方法。ポリカーボナートから射出成形によって作られ、深さ０．１２μｍのピットの形のデータを格納した直径１２０ｍｍ、厚さ０．５４ｍｍの１０枚の基板をコンデンサー式のプラズマエンハンスド化学気相成長設備の下部電極上に配置し、その温度を組み込みサーモスタットによって実質３０℃に維持する。電極の温度の維持は、スパッタリング中に、異質のスパッタリングを起し得る変動や過熱から保護するために必要である。以下の条件の下で、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）の層が基板上に堆積される。反応室に真空２０Ｐａでアセトニトリル１．５ｌｐｈ、アルゴン１ｌｐｈの蒸気を装填し、発生器出力は５００ワット、発生器動作の周波数は４００ｋＨｚである。スパッタリングの時間は６分間である。工業的設備では、スパッタリング装置の使用によって同じ効果およびさらなる高速性が実現できる。
プラスチックマトリクスの製造方法。射出成形によって作られ、高さ０．１２μｍの突起（「雌」金属スタンパーを用いて作られる）の形のデータを含むポリカーボナート基板を、ＰＥＣＶＤ設備の反応室の熱安定化された下部電極上に配置し、次いで、以下の条件でＳｉＯ２によってスパッタリングされる。反応室に室内の圧力２５Ｐａでヘキサメチルジシラザン０．９ｌｐｈ、アルゴン１．０ｌｐｈ、酸素１．５ｌｐｈの蒸気を装填し、出力３００ワットでＳｉＯ２のスパッタリングが１時間行われる。次いで、基板は液体ジメチルジクロロシランによって１５秒間処理され、その後、液体ジメチルジクロロシランの過剰物をスピン乾燥によって除去し、表面をイソプロピルアルコールで洗浄する。マトリクスは続いて使用する準備ができる。
ＤＶＤボンディング装置中で、実施例１と類似のＤＬＣ（第１データ層）のスパッタリング層を有する基板は、実施例２によって作られた第２層のデータを有するプラスチックマトリクスに積み重ねられる。接着層の厚さは、３５〜４０μｍに設定される。接着３０分後に、ディスクは複数層に分割され、プラスチックマトリクスからのデータレリーフはスパッタリングされたＤＬＣを有する基板に保持され、さらにプラスチックマトリクスを剥離する。そしてこのマトリクスは再び次のディスクの製造に使用できる。基板の静電気ひずみを除去するために、基板とマトリクスの表面はイソプロピルアルコールで洗浄される。実施例１に述べた方法によって製造された２層ディスクの半完成品上に、ＤＬＣの第２コーティングがスパッタリングされ、次いでそれはＤＶＤボンディング装置によって第３層の情報を保持するプラスチックマトリクスに積み重ねられる。分離後、製造された半完成品ディスクはイソプロピルアルコールで洗浄され、ＤＶＤボンディング装置中でブランクポリカーボナート基板に積み重ねられ、３層ディスクを形成する。
本発明に説明される全てのプラズマ堆積を利用する工程および各工程は、スパッタリングによって同様に達成されることを特に強調すべきである。また、上述の工程時間は、製造工程を必要な基準まで高速化するために用いられる装置に応じて、広範囲に変化させることができる。
少なくとも１層の情報層を有するＲＯＭ型の多層光ディスクでは、構造および層の組み合わせ方法によって通常の２層ＤＶＤディスクの標準的なレベル以下に層間クロストークを抑制することが可能である。異なる層から殆ど等しい強さの情報信号が得られるのが、異なる層の反射率の変化ではなく、最終層を含む全ての層の反射率の小ささによるものであることに留意すべきである。本発明によって製造されるこの光ディスクは、屈折率が１．６を超える低反射膜、例えば、ＤＬＣ（ダイアモンド状カーボナート）、Ｓｉ、または均一な層を与える他の材料で被覆された第１データ層のレリーフを有する厚さ０．４〜０．６ｍｍのポリカーボナートの標準的なプラスチックの複製を含む。
好ましくは、任意の他の層と同じ方向の読み取りを可能にするため、最終データ層のスパイラルは反対方向に旋回しなければならず、これには適切なニッケルスタンパーが必要である。
複製用の材料として以下の材料を用いることができる。
ポリメチルメタクリラート、ポリアルキルメタクリラート、ポリアリールメタクリラート、ポリアルキルアクリラート、ポリアリールアクリラート、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリイゾプレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリクロロプレン、ポリエチレンアジパート、ポリアミド、ポリエチレンターフタラート、ポリクロロプレン、ポリエチレンアジパート、ポリアミド、ポリビニルクロリド、ポリビニルフルオリド、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリスチロール、ポリアルキルスチロール、ポリハロゲンスチロール、ポリオキシメチレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリテトラメチレンオキシド、ポリテトラメチレンアジパート、ポリビニルナフタレン、ポリアリラート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリメチルシロキサン、ポリビニルアルキルエーテル、ポリビニルアセタート、ポリイゾブチレン、ポリビニルシンナマート、ポリビニルフェノールおよびそのアルキルならびにアリールエーテル、ポリエステル、ポリビニルピロリドンおよび／またはポリカーボナート以外のそのコポリマー。
複製材料の種類に応じて、実質上均一な低反射情報層の形成に、例えば、ＤＬＣ、Ｓｉ、ＳｉｘＣｙ、ＳｉＣｙＨｚ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ等を使用できる。情報層の反射の範囲は約０．５〜１０％であることが好ましく、１〜５％がさらに好ましい。所望の反射は異なる厚さの反射情報層の堆積によって得ることができる。
３層ディスクの場合、第１層の複製は、標準的なＤＶＤ射出成形機で、厚さ０．４８〜０．５８ｍｍのポリカーボナートから形成することができる。ピット寸法（長さ、深さ、幅、パス間の空間）はＤＶＤ規格に従うことができる。第１層と第２層の間、第２層と第３層の間の空間は約１０〜５０μｍである。データ層のレリーフはＤＬＣ系の複合材で被覆できる。最終層の複製は厚さ０．６〜０．７ｍｍとすることができ、逆方向の旋回トラックを備えるニッケルスタンパーからの射出成形機によってポリカーボナート（ポリカーボナート基板の厚さは便宜性と製造工程の設備に応じて変更できる）から形成できる。その結果、最終層を含む全ての層はディスク旋回方向を切換えることなく駆動装置上で読み取られる。最後の基板上に、層の位置合わせを良好にするために刻印することができる。
本発明の他の態様によれば、第１データ層側のディスク表面は保護層、例えば、機械的損傷（擦傷、指紋）から保護するＳｉＯ２で被覆することができ、必要に応じた表面の清浄化が可能になる。
本発明のさらに他の態様によれば、データレリーフを有する最終層の代わりに厚さ０．６〜０．７ｍｍのブランクポリカーボナート基板を使用できる。
さらに、ディスク表面の非活性（裏）側は光吸収物質（例えばスート）で被覆し、読み取りレーザー放射を吸収してスプリアス反射に対して保護することができる。光吸収色素を基板ポリマーに加えることができる。
本発明の一態様によれば、多層光ディスクの製造方法は、通常、第１層と最終層を除く全ての層の製造に向けた、対応するデータ層のレリーフを有するニッケルスタンパーを用いるＤＶＤ射出成形機による非消耗性プラスチックスタンパー（１００回以上使用することができる）の形成を含むことができる。
本発明の他の態様によれば、さらに正確な層の位置合わせを提供するために、特定のニッケルスタンパーの中心の正確な位置に対応する位置合わせマークを用いることができる。
さらに、プラスチックスタンパーは、プラズマ化学的堆積または他のあらゆるスパッタリング設備によって、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＯｙＮｚ、ＳｉｘＣｙ、ＳｉｘＣｙＨｚ、ＳｉｘＦｙＨｚ等を含む特別の非接着性膜で被覆することができる。
低圧（１０〜５０Ｐａ）プラズマ化学的堆積または他のあらゆるスパッタリング技術は、半透明（低反射性）情報層、例えばＤＬＣ系の層の形成に用いることが出来る。
少なくとも第２情報層は、粘度、光学特性、接着性表面との接着および溶解能力によって選択されるフォトポリマー接着剤、例えば、ＩＲＲ−４６９（ＵＣＢグループによって製造される）から、ＤＶＤ用の標準的なボンディング装置内で第１データ層のレリーフ上に形成できる。さらに、脂肪族アクリロ−ウレタン、エポキシアクリラート、ポリエステルアクリラート、およびウレタンメタクリラートを使用することができる。
フォトポリマーの塗工および硬化の工程中の気泡の発生を防止するため、例えば、予備真空、ならびにヘリウム雰囲気が用いられる。
本発明の他の態様によれば、多層ディスクの形成は逆の順序で行うことができる。すなわち、最終情報層を有する厚い基板から開始し、第１情報層を有する薄い基板によって完成される。
最終データ層側のディスクの外側表面に情報ラベルを形成できる。
再使用可能なプラスチックマトリクスは、例えば、射出成形、２Ｐ工程、熱エンボス等の周知の方法によって製造することができる。データ層のレリーフは、例えば２Ｐ工程を用いて、この再使用可能なプラスチックマトリクスを使用して、それぞれの内容と一緒に転写される。この目的のために、例えば、従来のＤＶＤボンディング装置（例えば、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ、Ｋｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉ等によって製造販売されている）を用いることができる。その上にプラスチックマトリクスが配置されるフォトポリマーが、回転している基板上に堆積され、回転速度を高めて遠心力によって過剰のフォトポリマーを除去し、ディスク中心に近いフォトポリマーは真空吸引器で取り除かれる。フォトポリマー層が平滑化された後、ＵＶ光を起動してフォトポリマーを硬化する。
プラスチックマトリクスの除去を容易にするために、例えば、プラズマエンハンスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）。もしくは殆どのスパッタリング装置によって塗工できる、例えばＳｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＯｙＮｚ、ＳｉｘＣｙ、ＳｉｘＣｙＨｚ、CｘＦｙＨｚ等の非接着性コーティングで被覆する。ＳｉＯ２コーティングは酸素含有プラズマ中でＳｉｘＣｙ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＣｙＨｚ、および他のケイ素含有膜の処理によって形成することもできる。コーティングの非接着特性をさらに改善するために、例えば、ジアルキルジクロロシラン、トリアルキルジクロロシラン、アリールアルキルジクロロシラン、アリールジアルキルクロロシラン、および他のケイ素化薬品を用いてケイ素化される。ケイ素化処理は、例えば、芳香族または脂肪族炭化水素などの溶媒の使用によって液体相で、または例えば純粋なジメチルクロロシランによって溶媒なしで、またはその蒸気圧がケイ素化反応工程に十分有効な気相中でケイ素化薬品を使用して、行うこともできる。コーティングのハイドロキシルＳｉＯ２グループは接着を低下させるのに必要な程度までケイ素有機ラジカルによって置換される。
完成された「サンドイッチ」に最後に接着されるのはブランク基板または最後のデータ層レリーフを有する基板である。それは読み取りレーザー波長で光を吸収する物質、例えば、色素で着色できる。場合によって、その外側表面は光吸収物質、例えばスートブラックで被覆できる。
このようなコーティングの利点として、技術の環境に対する安全性、ならびにプラズマ反応室の清掃の容易さが挙げられる。
このようなコーティングは、青色レーザーで情報の記録と読み取りを行うように設計されたディスクの製造に用いることもできる。それらのコーティングは、例えば、プラズマエンハンスド化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）またはマグネトロンスパッタリングまたはいくつかの他の種類のスパッタリング装置によって堆積される。各層からの信号が、類似し、かつ必要なレベルであるように、スパッタリング層、例えば、ＤＬＣの厚さがスパッタリングの工程中に選択される（例えば、１０〜２００ｎｍの範囲）。ＤＬＣ以外に、以下のコーティングを使用することができる。Ｓｉ、ＳｉｘＣｙ、ＳｉｘＣｙＨｚ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ならびに高屈折率を有し実質上均一な層を提供する他のコーティング。
位置合わせ精度を高めるために、金属マトリクスは最初、情報スパイラルの真の中心を示すマークが付与され、後にこのマークは射出成形工程中に基板およびプラスチックスタンパーに転写される。これにより１０μｍのトラッキング位置合わせ精度（従来のＤＶＤにおいてこの精度は２０〜４０μｍである）が実現される。
多層光ディスクからの情報の読み取りに、補償器のない標準的なＤＶＤレンズを使用するならば、第１基板（レーザービーム側から）の厚さはＤＶＤ規格に比べて薄い、０．５０〜０．５８ｍｍにしなければならない。異なる層上の反射膜、例えばＤＬＣの厚さを変化させることによって多層光ディスクを製造する場合、情報信号の変化をレンズの焦点線に沿う球面収差を用いて補正することができる。
本発明によって作られた多層光ディスクの読み取り装置は、多層ディスクのための収差補償器、光学的および電気的なクロストーク抑制装置、サーボシステム（自動焦点合わせ、および自動トラッキング）を備えることが好ましい。追加のソフトウェアおよび／またはハードウェア、例えばＨＤＴＶデコーダー、３−Ｄ変換器等を使用することができる。本発明によって製造された多層光ディスクからの読み取りを実現するためには、サブミリワットレベルの駆動装置を用いるべきである。第２、第３、第４層などへの再調整のためのオプション、例えばサーボシステム（自動焦点合わせ）も設けるべきである。
層間クロストーク（特に読み取り信号で発生したコヒーレントレーザーの干渉）を抑制するために、以下の技術を用いることができる。
（１）レンズおよび光検出器の相互位置の調整によって実現される光学的ろ過処理。
（２）電気的ろ過処理。電子技術を用いた周波数ろ過によって実現される（情報信号の周波数と層間クロストークの周波数は大きく異なる）。
（３）レーザー照射時間コヒーレンスの低減。レーザー放射の時間変調によって実現される。
層数が３層を超える場合、追加の補償器、例えば、１つの層から他の層へ再合焦する際の収差を低減するために、ビームの相空間プロファイルを変化させるデバイスを使用できることが好ましい。この目的のために、適応レンズ、２要素レンズ、または光学ヘッドの外側に固定することができることでヘッド自体の設計変更が不要な固定相変調器（例えば、液晶のもの）のいずれかを使用することができる。
ＨＤビデオの担体として多層光ディスクを用いながら、特定の制御器を駆動装置に設置することで例えばＭＰＥＧ−２等によって圧縮されたＨＤビデオの復調を実行できる。
通常、既存のビデオ−ＤＶＤディスクは、ＭＰＥＧ−２に基づく情報符号化方法を用いている。ビデオＤＶＤレベルの処理の実行には６〜１１Ｍビット／秒（可変ビット速度）の読み取り速度が必要である。ＨＤレベルを得るためには、読み取り速度は２０〜４０Ｍビット／秒でなければならない。ブルーレイディスクにおいて、それは一定であり３６Ｍビット／秒である。Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔの符号化（ＷＭＶ９）はさらに良好な品質を提供するビデオＤＶＤフォーマットの読み取り速度特性を実現する。しかし、当初、この符号化はコンピュータを用いてＨＤＴＶを鑑賞するために設計された。さらに、ＷＭＶ９は伝送速度が約３０Ｍビット／秒である点でＨＤＴＶのものよりも品質が劣る。これが、本発明において、１１〜３４Ｍビット／秒の可変ビット速度のＭＰＥＧ−２を用いて、ブルーレイディスクに匹敵する品質を実現しようとする理由である。しかし、他のあらゆる符号においても可能であり、本発明を用いて容易に実施することができる。
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更および修正を加えることが可能であり、また、特許請求の範囲として述べられているものは単なる例であって発明者の権利を制限するものでないことは当業者には明白である。
添付されている請求項によって定義される範囲から逸脱することなく、前に例示した本発明の実施の形態に様々な修正および変更を適用することができることは当業者には容易に理解できる。
２層片面（ＤＶＤ）ディスクを製造する従来のＷＡＭＯ技術を示す図である。 ２層片面（ＤＶＤ）ディスクを製造する従来のＷＡＭＯ技術を示す図である。 本発明の原理による多層光ディスクの製造ステップを示す図である。 本発明の原理による多層光ディスクの製造ステップを示す図である。 本発明の原理による多層光ディスクの製造ステップを示す図である。 本発明の原理による多層光ディスクの製造ステップを示す図である。 多層構造からスタンパーを剥離するステップを示す図である。

Claims (22)

  1. 基板を成形して情報ピットの形の表面レリーフおよびその間の空間を有するデータ層を持つようにし、前記データ層を部分的反射層でコーティングして基板構造を形成するステップと、
    前記基板構造上に情報ピットの形の表面レリーフおよびその間の空間を有する少なくとも１層の光学的に透明な層を形成するステップと、
    前記少なくとも１層の光学的に透明な層の表面を部分的反射層でコーティングするステップとを含む、多層光担体の製造方法。
  2. 表面レリーフを有する前記少なくとも１層の光学的に透明な層が、基板上に層毎に形成される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも部分的反射層が誘電体材料を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記少なくとも部分的反射層が半導体材料を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記少なくとも部分的反射層でのコーティングが真空中の熱噴霧を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記部分的反射層の材料が、ＤＬＣ、ＳｉｘＣｙ、ＳｉＣｙＨｚ、ＴｉＯ２、ＴｉＮからなるグループより選択される、請求項１に記載の方法。
  7. 前記部分的反射層の材料がＳｉである、請求項４に記載の方法。
  8. 前記誘電体材料が、前記表面レリーフを有する光学的に透明な層の屈折率とは異なる屈折率を有する、請求項３に記載の方法。
  9. 前記基板が、ポリメチルメタクリラート、ポリアクリルメタクリラート、ポリアリールメタクリラート、ポリアルキルアクリラート、ポリアリールアクリラート、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリイゾプレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリクロロプレン、ポリエチレンアジパート、ポリアミド、ポリエチレンターフタラート、ポリクロロプレン、ポリエチレンアジパート、ポリアミド、ポリビニルクロリド、ポリビニルフルオリド、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリスチロール、ポリアルキルスチロール、ポリハロゲンスチロール、ポリオキシメチレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリテトラメチレンオキシド、ポリテトラメチレンアジパート、ポリビニルナフタレン、ポリアリラート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリメチルシロキサン、ポリビニルアルキルエーテル、ポリビニルアセタート、ポリイゾブチレン、ポリビニルシンナマート、ポリビニルフェノールおよびそのアルキルならびにアリールエーテル、ポリエステル、ポリビニルピロリドンおよび／またはポリカーボナート以外のそのコポリマーからなるグループより選択されるポリマーベースを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 第１基板を成形して情報ピットの形の表面レリーフおよびその間の空間を有するデータ層を持つようにし、前記データ層を部分的反射層でコーティングして第１基板構造を形成するステップと、
    少なくとも１つの追加基板を成形して、情報ピットの形の表面レリーフおよびその間の空間を有するデータ層を持つようにし、前記データ層を部分的反射層でコーティングして少なくとも１つの追加基板構造を形成するステップと、
    前記少なくとも第１の基板構造上に、情報ピットの形の表面レリーフおよびその間の空間を有する少なくとも１層の光学的に透明な層を形成するステップと、
    前記少なくとも１層の光学的に透明な層の表面を部分的反射層でコーティングするステップと、
    前記第１および少なくとも１つの追加基板構造を互いにその間の接着性材料で接触させるステップとを含む、多層光担体の製造方法。
  11. 前記少なくとも１つの追加基板上に、情報ピットの形の表面レリーフおよびその間の空間を有する少なくとも１層の光学的に透明な層を形成し、前記表面を部分的反射層でコーティングするステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 表面レリーフを有する前記複数の光学的に透明な層を形成するステップが射出成形を含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 表面レリーフを有する前記複数の光学的に透明な層を形成するステップが射出成形を含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 表面レリーフを有する前記複数の光学的に透明な層を形成するステップがフォトポリマー複製を含む、請求項１０に記載の方法。
  15. 表面レリーフを有する前記複数の光学的に透明な層を形成するステップがフォトポリマー複製を含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記少なくとも部分的反射層が誘電体材料を含む、請求項１０に記載の方法。
  17. 前記少なくとも部分的反射層が半導体材料を含む、請求項１０に記載の方法。
  18. 前記少なくとも部分的反射層でコーティングするステップが真空中の熱噴霧を含む、請求項１０に記載の方法。
  19. 前記部分的反射層の材料が、ＤＬＣ、ＳｉｘＣｙ、ＳｉＣｙＨｚ、ＴｉＯ２、ＴｉＮからなるグループより選択される、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記部分的反射層の材料がＳｉである、請求項１７に記載の方法。
  21. 前記誘電体材料が、表面レリーフを有する前記光学的に透明な層の屈折率とは異なる屈折率を有する、請求項１６に記載の方法。
  22. 前記基板が、ポリメチルメタクリラート、ポリアクリルメタクリラート、ポリアリールメタクリラート、ポリアルキルアクリラート、ポリアリールアクリラート、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリイゾプレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリクロロプレン、ポリエチレンアジパート、ポリアミド、ポリエチレンターフタラート、ポリクロロプレン、ポリエチレンアジパート、ポリアミド、ポリビニルクロリド、ポリビニルフルオリド、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリスチロール、ポリアルキルスチロール、ポリハロゲンスチロール、ポリオキシメチレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリテトラメチレンオキシド、ポリテトラメチレンアジパート、ポリビニルナフタレン、ポリアリラート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリメチルシロキサン、ポリビニルアルキルエーテル、ポリビニルアセタート、ポリイゾブチレン、ポリビニルシンナマート、ポリビニルフェノールおよびそのアルキルならびにアリールエーテル、ポリエステル、ポリビニルピロリドンおよび／またはポリカーボナート以外のそのコポリマーからなるグループより選択されるポリマーベースを含む、請求項１０に記載の方法。
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