JP2009032329A - 光記録媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】感度、および記録スピードに優れ、記録後のコントラストを大きく設定でき、かつ、2値記録に適した光記録媒体を提供する。
【解決手段】基板2上に所定の不定比率δを有するアンチモン(Sb)の酸化物系の相分離記録材料(Sb5−δ)により形成された記録層3、および、熱干渉層としての機能および記録層3を保護するための保護層4とを有して構成し、保護層4の一方を急冷性保護層とし、他方を蓄熱性保護層とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、光記録媒体に関し、特に、相分離記録媒体を用いた光記録媒体に関する。
光記録媒体として相分離記録材料を用いたもの、すなわち、温度に対して上に凸の単調曲線(バイノーダル線、スピノーダル線)を描くと共にこの上に凸の単調曲線を示す組成範囲で不変反応線が含まれない相図で定義されるバイノーダル分解(核生成、および成長による相分離)もしくはスピノーダル分解を生じる不定比化合物の均一な相を用い、不定比化合物の均一な相中に、レーザ光の照射によって互いに組成の異なる複数の領域に相分離した部位を形成させて、均一相と相分離した部位との反射率変化を利用して記録する光記録媒体が既に提案されている(特許文献1)。
上記の光記録媒体によれば、スピノーダル線の内側に位置して相分離を起こす領域内にある組成では、スピノーダル分解を起こす駆動力と核生成及び成長による分解を起こす駆動力の両者が併存し、その各駆動力の大きさと熱履歴により、スピノーダル分解またはバイノーダル分解のどちらの分解が生起するかが決定される。スピノーダル分解による相分離が起きるスピノーダル組成領域の場合には、記録膜の反射率がLow to High(LH)に変化する。
特開平3−114778号公報
しかし、特許文献1の光記録媒体では、記録層の片側に熱干渉層が形成された実施の形態が示されているが、記録層の両側に熱干渉層が形成された例は示されていない。また、熱干渉層の熱伝導率に着目し、レーザ光の照射による熱の蓄積および移動を考慮して光記録媒体が構成されたものではない。
ここで、光記録媒体としては、感度、および記録スピードの観点から、スピノーダル分解を利用した記録材料となる組成が好ましく、また、2値記録の場合、1、0間の遷移領域をシャープにして、ジッター成分をなるべく小さくするために、いわゆる切れの良いマークを書くことが重要であり、そのためにはできるだけ諧調性が無いほうが好ましく、核生成及び成長を伴わないスピノーダル分解を利用した記録材料となる組成が好ましい。上記示した感度、および記録スピードに優れた記録材料により、記録特性として、短パルスの振幅が十分大きく、短パルスと長パルスのコントラスト比の優れた光記録媒体が好ましい。また、反射率増加タイプ(Low to High)と反射率減少タイプ(High to Low)の光記録媒体の両方が設計可能な媒体構成が好ましい。
従って、本発明の目的は、感度、および記録スピードに優れ、記録後のコントラストを大きく設定でき、かつ、2値記録に適し、反射率増加タイプ(Low to High)と反射率減少タイプ(High to Low)の光記録媒体の両方が設計可能な光記録媒体を提供することにある。
[1]本発明は、上記目的を達成するために、基板と、所定の不定比率δを有し、スピノーダル線の内側に位置して相分離を起こす領域内にある組成の酸化物、窒化物、炭化物、水素化物、または、それらの複数からなる混合物の不定比率化合物からなる相分離記録材料により前記基板上に記録膜として形成され、記録光により光記録される記録層と、前記記録層の一方の側に形成された急冷性保護層と、前記記録層の他方の側に形成された蓄熱性保護層と、を有することを特徴とする光記録媒体を提供する。
[2]前記記録層は、前記不定比率化合物が、Sb5−δであって、前記所定の不定比率δが、0.4<δ<1.8であることを特徴とする上記[1]に記載の光記録媒体であってもよい。
[3]また、前記記録層は、前記相分離記録材料を反応性スパッタリングにより前記基板上に記録膜として形成されたものであることを特徴とする上記[1]または[2]に記載の光記録媒体であってもよい。
[4]また、前記急冷性保護層は、酸化物系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、硫化物系材料、または、それらの2以上を混合してなる高熱伝導性材料からなる保護層であることを特徴とする上記[1]に記載の光記録媒体であってもよい。
[5]また、前記高熱伝導性材料は、AlN、SiN、TiN、TiO、SiO、SiOC、SiO、または、Alであることを特徴とする上記[4]に記載の光記録媒体であってもよい。
[6]また、前記蓄熱性保護層は、酸化物系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、硫化物系材料、または、それらの2以上を混合してなる低熱伝導性材料からなる保護層であることを特徴とする上記[1]に記載の光記録媒体であってもよい。
[7]また、前記低熱伝導性材料は、ZnS−SiOであることを特徴とする上記[6]に記載の光記録媒体であってもよい。
[8]また、前記急冷性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の面に形成されると共に前記蓄熱性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の反対側の面に形成されることにより、光記録媒体の記録極性が反射率増加タイプ(Low to High)とされ、一方、前記蓄熱性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の面に形成されると共に前記急冷性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の反対側の面に形成されることにより、光記録媒体の記録極性が反射率減少タイプ(High to Low)とされていることを特徴とする上記[1]乃至[7]のいずれか1項に記載の光記録媒体であってもよい。
[9]また、前記記録光を入射する側の反対側の面に形成された前記急冷性保護層または蓄熱性保護層は、前記記録光を入射する側の反対側の面に、金属反射層を有していることを特徴とする上記[1]乃至[7]のいずれか1項に記載の光記録媒体であってもよい。
[10]また、前記急冷性保護層は、前記記録層の前記記録光を入射する側の反対側の面に形成され、前記蓄熱性保護層は、前記記録光を入射する側の面に形成されていることを特徴とする上記[9]に記載の光記録媒体であってもよい。
[11]また、前記急冷性保護層または前記蓄熱性保護層は、前記記録光を入射する側の保護層の厚さが略λ/2に設定され、前記記録光を入射する側の反対側の保護層の厚さが略λ/4に設定されることにより、光記録媒体の記録極性が反射率減少タイプ(High to Low)とされていることを特徴とする上記[9]または[10]に記載の光記録媒体であってもよい。
本発明によると、感度、および記録スピードに優れ、記録後のコントラストを大きく設定でき、かつ、2値記録に適し、反射率増加タイプ(Low to High)と反射率減少タイプ(High to Low)の光記録媒体の両方が設計可能な光記録媒体を提供することができる。
[相分離の原理]
相分離における結晶化動力学は、カーン(Cahn)、ヒリアード(Hilliard)等によってかなりの程度まで確立されており、それによれば、分離相の組成変動はこのカーン(Cahn)−ヒリアード(Hilliard)の非線形拡散方程式によって表され、スピノーダル分解とバイノーダル分解の駆動力もこのカーン−ヒリアードの非線形拡散方程式からそれぞれ線形項あるいは非線形項として求められる。
図1は、不定比化合物からなる相分離記録材料の相分離の状態を示す組成―温度の相図である。横軸は組成、すなわち、元素Mの不定比率δであり、縦軸は不定比化合物の温度である。実線で示す曲線100はバイノーダル線、点線で示す曲線200はスピノーダル線、Tは臨界温度である。バイノーダル線100およびスピノーダル線200は、図示したように、温度に対して上に凸な単調な曲線となっている。臨界温度Tより高い温度の領域では、不定比化合物は相分離を起こしておらず、溶融して均一な相(格子欠陥が均一に分布)となっている。この領域は、混和領域とよばれる。
一方、上記バイノーダル線100とスピノーダル線200との間に位置して相分離を起こす領域内にある組成では、スピノーダル分解を起こす駆動力はほとんどゼロで、核生成及び成長による相分離を起こす駆動力のみなので、核生成及び成長によるバイノーダル分解のみが生起する。
また、スピノーダル線200の内側に位置して相分離を起こす領域内にある組成では、スピノーダル分解を起こす駆動力と核生成及び成長による分解を起こす駆動力の両者が併存し、その各駆動力の大きさと熱履歴により、どちらかの分解が生起するかが決定される。
[バイノーダル分解]
所定のスポット径に絞ったレーザ光を記録領域に所定のパワーで照射して臨界温度Tより高い温度Tにした後、準平衡的プロセスが生起するような徐冷により温度が低下して臨界温度Tより低くなると、不定比化合物は、空格子点の多い相と少ない相に分離するバイノーダル分解による相分離が起こる。バイノーダル分解による相分離は、バイノーダル分解機構によって進行する。この分解機構によれば、均一な組成中に組成変動が生じると、その組成変動の内、ある限界値以上の組成変動のみが安定に生き残る。このような相分離では、初期段階から2相間の界面での組成差がはっきりし、核が生ずる。この核が成長することにより、相分離が進行する。
バイノーダル線100は、この時の相分離により出来る2つの相での不定比率を示す曲線である。例えば、元素M:元素X=m:(n−δ)の組成の不定比化合物の温度が、臨界温度Tより高いTから徐々に低下して、Tになった時点のバイノーダル線100上の点をP,Qとすると、それらの点の横軸の値p,qを不定比率として持つ次の2つの相に分離する。
元素M:元素X=m:(n−p)元素M:元素X=m:(n−q)
尚、上記のTは、略室温であるが、所定のパワーのレーザ光を照射して所定の温度に上昇させ、レーザ光照射を停止した後、基板、記録層、保護層等の熱的境界条件により定まる冷却後の定常温度である。
バイノーダル分解により相分離した部位は、核が成長した球晶とそれ以外の部分に相分離し、斑模様を呈する。この相分離をしている部位はレーリー(Rayleigh)散乱を起こし、その結果、相分離をしている部位とそうでない部位との間には、反射率に大きな差異を生ずる。
[スピノーダル分解]
所定のスポット径に絞ったレーザ光を記録領域に所定のパワーで照射して臨界温度Tより高い温度Tにした後、非平衡的プロセスが生起するような急冷により温度が低下して臨界温度Tより低くなると、スピノーダル分解による相分離が起こる。
スピノーダル分解による相分離は、スピノーダル分解機構によって進行する。この分解機構によれば、均一な組成中に最初に生じた微小な組成変動が相分離の端緒となり、それが助長され、次第に拡散されていくというふうに相分離は進行する。このような相分離においては、初期の段階では2相の界面での組成差ははっきりとはせず、連続的である。
スピノーダル線200は、この時の相分離により出来る2つの相での不定比率を示す曲線である。例えば、不定比化合物が、前記温度Tよりも更に高い温度Tの状態から冷却され始めると、周囲との温度差が大であるから、冷却は急激に行われる。「急激に冷却」されてTになった時点のスピノーダル曲線200上の点をU,Vとすると、それらの点の横軸の値u,vを不定比率として持つ次の2つの相に分離する。
元素M:元素X=m:(n−u)元素M:元素X=m:(n−v)
相分離構造は、2つの異なった組成の部分が絡み合った形態となっている。この相分離をしている部位も、レーリー(Rayleigh)散乱を起こし、相分離をしている部位とそうでない部位との間には、反射率に大きな差異を生ずる。以上のように、相分離した部位は光の反射率が大きく変化する。しかも、上記した相分離は、安定な結晶質状態を維持したままで、相転移に要する時間よりも短時間で行われる。
(本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体)
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体の構造を示す断面図である。
本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体1は、基板2、この基板2上に所定の不定比率δを有するアンチモン(Sb)の酸化物系の相分離記録材料(Sb5−δ)により形成された記録層3、および、熱干渉層としての機能および記録層3を保護するための保護層4とを有した3層構造として構成されている。記録層3は、RFまたはDC反応性スパッタリングにより基板2上に記録膜として形成されている。また、保護層4は、記録光としてのレーザ光10が入射する側に形成される入射側保護層5および反対側保護層6として記録層3の両側に形成され、保護層4の一方は、急冷性保護層であり、他方は、蓄熱性保護層とされている。
尚、光記録媒体として使用しやすくするため、上記の構成に付加して、UV樹脂8を介してダミー基板9を貼り合わせた構成としている。
基板2には、トラッキングおよびフォーカシングのためのグルーブ21およびランド22が形成されており、レーザ光10は、基板2側から入射されてグルーブ22において情報の記録が行なわれる。尚、上記以外に、ダミー基板9側からレーザ光10を入射させたり、グルーブ21部に情報の記録を行なったりすることも可能である。
[基板]
基板2の材料としては、例えば、ガラス、光透過性のアクリル、ポリカーボネート、エポキシ等の光透過性材料を挙げることができる。
[相分離記録材料]
記録層3を形成する相分離記録材料としては、それが光、熱等の手段で相分離を起こすものであって、スピノーダル線200の内側に位置して相分離を起こす領域内にある組成であればよく、具体的には、Sb−O系や、PbTe−GeTe混合系、Au−Pt混合系、Au−Ni混合系、PbS−PbTe混合系、GeSe−GeSe混合系、As−Ge−Te混合系等の合金や、LiO−SiO混合系、NaO−SiO混合系、BaO−SiO混合系、Al−SiO混合系、B−SiO混合系、LiO−B混合系、NaO−B混合系、KO−B混合系、RbO−B混合系、CsO−B混合系、PbO−B混合系等の酸化物−酸化物混合系材料や、ZrO−ThO混合系、CaO−SiO混合系、B−PbO混合系、B−V混合系、SnO−TiO混合系、NiO−CoO混合系、Al−Cr混合系、SiO−Al混合系、ZnWO−MnWO混合系、CaWO−NaSm(WO混合系、CaWO−Sm(WO混合系、MnMoO−ZnMoO混合系、FeTiO−Fe混合系、CaCrSi12−CaFeSi12混合系、65MgSiO/35FeSiO−CaSiO混合系、LiAl−LiFe混合系、NaAlSi−KAlSi混合系、NaO−B−SiO混合系等の酸化物−酸化物混合系材料や、LiCl−NaCl混合系、KCl−NaCl混合系、CsCl−TlCl混合系、CaCl−MnCl混合系、CaCl−SrCl混合系、LiBr−AgBr混合系、AgBr−NaBr混合系、KBr−NaBr混合系、TlBr−CsBr混合系、KI−NaI混合系、NaI−CaI混合系、(GaI−NaGaI混合系、(GaI−KGaI混合系、(GaI−RbGaI混合系、GaAlI−Ga混合系等のハロゲン化物−ハロゲン化物混合系材料や、CeO系、Bi−Bi混合系、CaCO−MnCO混合系等の酸化物やハロゲン化物等の不定比化合物である。
上記示した不定比化合物の中で、特に、低融点である不定比化合物が好ましく、例えば、AgO、Ag、AuO、Bi、Sb、SnO、TeO、GeO、In、MnO、Vの不定比化合物が挙げられる。
本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体を構成する、低融点で所定の不定比率δを有する酸化物系の不定比率化合物からなる相分離記録材料としては、上記に種々示した不定比化合物の中で、特に、不定比率δが0.4<δ<1.8である不定比化合物、すなわち、Sb5−δが挙げられる。不定比率δは、図1で示したスピノーダル線200の内側に位置する範囲であればよいが、好ましくは、不定比率δが0.4<δ<1.8であり、さらに、より好ましくは、不定比率δが0.8<δ<1.4である。
また、相分離記録材料としては、低融点で所定の不定比率δを有する酸化物系の不定比率化合物以外に、低融点で所定の不定比率δを有する窒化物系の不定比率化合物も同様に使用できる。また、上記示した酸化物または窒化物系の不定比率化合物に、少量の金属、高融点酸化物を添加したものでもよい。
[記録層]
記録層3は、基板2上に略均一厚で相分離記録材料が形成されたものであり、公知の従来技術である、PVD(Physical Vapor Deposition)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、塗布・コーティング法等により形成可能である。この中で、PVD法の一種であるスパッタリング、特に、RFまたはDC反応性スパッタリングにより記録層3を形成するのが好ましい。このRFまたはDC反応性スパッタリングを使用した製造方法によれば、高速に記録層3が形成でき生産性に優れると共に、均一な酸化アンチモン膜が記録層3として基板2上に形成される。この効果については後述する。
[保護層]
急冷性保護層は、酸化物系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、硫化物系材料、または、それらの2以上を混合してなる高熱伝導性材料が好ましい。具体的に高熱伝導性材料としては、AlN(70〜270)、SiN(40〜60)、TiN(19.3)、TiO2、SiO(1.4)、SiOC、SiO、Al(21)、CrN(69.4)、BN(1300)が挙げられる。カッコ内は熱伝導率であり、単位はW/m・kである。
また、蓄熱性保護層は、酸化物系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、硫化物系材料、または、それらの2以上を混合してなる低熱伝導性材料が好ましい。具体的に低熱伝導性材料としては、ZnS−SiOが挙げられる。尚、ZnS−SiOの熱伝導率は、0.157(W/m・k)であり、上記示した高熱伝導性材料と比較して熱伝導率が低い。
[本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体の作用]
(スピノーダル分解による相分離)
図3は、Sb5−δ(不定比率δ)の相図である。これに基づいて、本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体の作用および効果を説明する。
図3において、記録層3は、不定比率δが0.4<δ<1.8の範囲に設定され、図示した点Rが、温度T1(室温)での記録層3の初期状態とする。
点Rから、記録しようとする領域に、所定のパワーのレーザ光を照射して臨界温度Tより高い温度Tの点Sまで加熱する。記録領域への加熱により記録膜が溶融し、レーザ光の照射が終了した時点からその領域は冷却される。記録層3は、不定比率δが0.4<δ<1.8に設定されているので、スピノーダル分解の駆動力がバイノーダル分解の駆動力よりも大きい領域であるが、徐冷または急冷等の冷却のプロセスにより、バイノーダル分解またはスピノーダル分解による相分離が起こる。
すなわち、温度Tからの冷却により非平衡的プロセスが生起すると前述の[スピノーダル分解]の項で説明したようなスピノーダル分解による相分離が起こり、温度Tからの冷却により準平衡的プロセスが生起すると前述の[バイノーダル分解]の項で説明したようなバイノーダル分解による相分離が生じる。
しかし、本発明の第1の実施の形態では、記録層3をRFまたはDC反応性スパッタリングにより、スピノーダル分解による相分離が生じる。
これは、RFまたはDC反応性スパッタリングは、高エネルギーにより膜形成をするので、基板上には均一なアモルファス状の酸化アンチモン膜が形成されると考えられる。すなわち、バイノーダル分解の核となるSb、またはSbのような結晶核が単独で存在しにくい状態で膜形成されるので、溶融後冷却時の相分離現象において核の成長を伴わないスピノーダル分解が優先的に生じるものと推測される。
(保護膜の構成による記録作用)
前述したように、記録層3の両側に保護層4(入射側保護層5および反対側保護層6)を有する3層構造として構成されているので、図2に示すように、レーザ光10による熱、あるいは、この熱の一部が入射側(反射側)保護層5に蓄積され、この熱は、記録層3を挟んで反対側に形成された反射側(入射側)保護層6に伝熱される。入射側保護層5および反対側保護層6により、レーザ光10による記録層3の記録領域の加熱、および冷却時の冷却効率が向上して、記録特性に優れた光記録媒体が可能となる。
(記録極性の制御)
本実施の形態では、スピノーダル分解が優先的に生じ、組成の異なる2相に分離し、1相が他の1相よりも透過率が低くなり、全体として記録(マーク)部の透過率が大きくなり、マークのところに光が透過する窓が形成されたようになるので、記録層3の反射率変化は、記録層3への光記録後に反射率が増加するLow to Highである。従って、光記録媒体1の記録極性は、基本的に反射率増加タイプ(Low to High)となる。
入射側保護層5、記録層3、反対側保護層6とからなる3層構造においては、入射側保護層5に蓄熱性保護層を形成し、反対側保護層6に急冷性保護層を形成することにより、High to Lowモードの記録極性を有する光記録媒体となる。これは、蓄熱性保護層と急冷性保護層との屈折率の差によるものである。例えば、蓄熱性保護層であるZnS−SiOは、屈折率が約2.3あり、基板を構成するPCの屈折率と異なるため、この層の境界で反射が起こり、膜厚を変えることにより反射率、およびコントラストを制御できるのに対し、急冷性保護層であるAlNは屈折率が約1.7でPC(ポリカーボネート)とほぼ同じ屈折率で層の境界で光が反射されにくく、光学的には層が存在しないと見なせる。すなわち、入射側保護層が高屈折率で、記録層との2層構造により初期反射率を上げている一方、記録後、相分離により、記録層を透過する光量が増加し、反対側保護層側に光が抜けていくため、反射率が下がり、High to Lowモードの記録極性となる。
一方、入射側保護層5に急冷性保護層を形成し、反対側保護層6に蓄熱性保護層を形成することにより、Low to Highモードの記録極性を有する光記録媒体となる。
[本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体の効果]
上記のように構成された光記録媒体1は、以下のような効果を有する。
(1)所定の不定比率δを有する酸化アンチモンにより形成された記録層3の組成は、スピノーダル線200の内側に位置して相分離を起こす領域内にある組成であるので、熱的条件によりバイノーダル分解またはスピノーダル分解のどちらの相分離現象も生じうる。しかし、記録層3をRFまたはDCスパッタリング法により形成しているので、熱的条件によらず、スピノーダル分解による相分離が優先的に生じる。この効果により、層構成、熱的境界条件等によらずにスピノーダル分解による相分離が可能となるので、媒体設計の自由度が増し、また、容易になる。
(2)スピノーダル分解による光記録は、核生成または成長を伴わないので、相分離に要する時間が短くなるので諧調性が小さくなり、2値記録に適した光記録媒体に有利である。また、記録に要する時間が短く、高速記録に適した光記録媒体に有利である。
(3)スピノーダル分解による相分離記録は、Low to Highモードの記録となるので、初期反射率を小さくでき、記録後のコントラストを大きく設定できる。
(4)記録層3の両側に保護層4(入射側保護層5および反対側保護層6)を有する構成としているので、レーザ光10による記録層3の記録領域の加熱、および冷却時の冷却効率が向上して、記録特性に優れた光記録媒体が可能となる。
(5)本実施の形態は、スピノーダル分解が優先的に生じるので、記録層3の反射率変化は、記録層3への光記録後に反射率が増加するLow to Highであって、光記録媒体1の記録極性は、基本的に反射率増加タイプ(Low to High)となる。しかし、入射側保護層5に蓄熱性保護層を形成し、反対側保護層6に急冷性保護層を形成することにより、反射率増加タイプ(Low to High)だけでなく、反射率減少タイプ(High to Low)の光記録媒体をも設計・製造可能であるという顕著な効果を有する。
(本発明の第2の実施の形態に係る光記録媒体)
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光記録媒体の構造を示す断面図である。
本発明の第2の実施の形態に係る光記録媒体50は、第1の実施の形態に係る光記録媒体1に金属反射層を追加して構成したものであって、基板2に所定の不定比率δを有するアンチモン(Sb)の酸化物系の相分離記録材料(Sb5−δ)により形成された記録層3、熱干渉層としての機能および記録層3を保護するための保護層4、および、金属反射層7とを有して構成されている。記録層3は、DC反応性スパッタリングにより基板2上に記録膜として形成されている。また、保護層4は、入射側保護層5および反対側保護層6として、記録層3の両側に形成され、保護層4の一方は、急冷性保護層であり、他方は、蓄熱性保護層とされている。また、金属反射層7は、反対側保護層6の記録層3に接しない側に形成されている。
尚、光記録媒体として使用しやすくするため、上記の構成に付加して、UV樹脂8を介してダミー基板9を貼り合わせた構成としている。
[金属反射層]
金属反射層7は、光記録に使用する光の波長を反射するものであればよく、特にAlまたはその合金が好ましいが、他に、Au、Ag等の他の金属材料も使用可能である。公知のスパッタリング等により形成できる。
基板2、記録層3、保護層4等は第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
第2の実施の形態においては、入射側保護層5を蓄熱性保護層とし、反対側保護層6を急冷性保護層とすることが好ましい。入射側保護層5を蓄熱性保護層とし、反対側保護層6を急冷性保護層とすることにより、レーザ光10による熱がまず入射側保護層5である蓄熱性保護層に蓄熱され、この熱が急冷性保護層に向って膜の垂直方向に向かって速やかに伝熱されるので、急冷効果が向上し、さらに面内方向への熱拡散が防止されるからである。これにより、さらに記録特性に優れた光記録媒体が可能となる。
(記録極性の制御)
本実施の形態では、スピノーダル分解が優先的に生じるので、記録層3の反射率変化は、記録層3への光記録後に反射率が増加するLow to Highである。従って、光記録媒体1の記録極性は、基本的に反射率増加タイプ(Low to High)となる。
これに対して、光記録媒体の記録極性を、記録層3への光記録後に反射率が減少する反射率減少タイプ(High to Low)とする場合は、入射側保護層5の膜厚を概略λ/2に、反射層側保護層6の膜厚を概略λ/4の膜厚とに設定するのが好ましい。さらに、上記の膜厚の合計は、記録層3の膜厚を含めて、往復の光路長が半波長の略整数倍に設定されるのが好ましい。
上記のように設定すると、記録層3への光記録前は、記録層3からの反射が支配的であるので、入射側保護層5の厚さλ/2により往復の光路長が略波長に等しくなり光記録媒体としては反射率が高くなる。一方、記録層3への光記録後はスピノーダル分解により記録領域の反射率が減少するので、レーザ光10は反対側保護層6および金属反射層7からの反射光が支配的となり、往復の光路長を半波長の略整数倍に設定しているので光記録媒体としては反射率が低くなる。従って、反射率減少タイプ(High to Low)の光記録媒体とすることが可能となる。
[本発明の第2の実施の形態に係る光記録媒体の効果]
(1)第1の実施の形態に係る光記録媒体の効果に加え、金属反射層7による反射光が増加するので、光記録時の効率が向上する。
(2)入射側保護層5を蓄熱性保護層とし、反対側保護層6を急冷性保護層とすることにより、急冷効果が向上し、より記録特性に優れた光記録媒体が可能となる
(3)保護膜の厚さ、すなわち、入射側保護層5の膜厚、および反射層側保護層6の膜厚を制御することにより、反射率増加タイプ(Low to High)または反射率減少タイプ(High to Low)の記録極性を有する光記録媒体とすることが可能となる。特に、スピノーダル分解による相分離記録方式の本実施の形態は、記録に要する時間が短く高速記録に適した光記録媒体でありながら、反射率増加タイプ(Low to High)だけでなく、反射率減少タイプ(High to Low)の光記録媒体をも設計・製造可能であるという顕著な効果を有する。
[実施例1]
媒体構造を、レーザ光10の入射側から、入射側保護層5、Sb5−δからなる記録層3、反対側保護層6とし、入射側保護層5に高熱伝導率をもつAlN膜を配し、反対側保護層6に蓄熱性のあるZnS−SiOからなる保護層を配して、記録層の両側を保護層により挟み込んだ3層構造とし,保護層、記録層、保護層の順に0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂7を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板8と貼り合わせ、光記録媒体とした。
Sb5−δのスパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3.5sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定されてある。完成された光記録媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。記録極性は、Low to Highである。
図5は、実施例1における長パルス11Tと短パルス3Tを記録再生したときのオシログラフの再生波形を示す図である。後述する比較例1〜4と比較すると、劇的に短パルスの振幅が大きくなり、コントラストが増大し、記録特性(S/N比、長パルスと短パルスのコントラスト等)は実用上問題ないレベルであった。しかし、同時に長パルスの振幅も大きくなるので、高密度記録を考慮すると、長パルスと短パルスのコントラスト比は改良の余地がある。
[実施例2]
媒体構造を、レーザ光10の入射側から、入射側保護層5、Sb5−δからなる記録層3、反対側保護層6とし、入射側保護層5に蓄熱性のあるZnS−SiOからなる保護層を配し、反対側保護層6に高熱伝導率をもつAlN膜を配して、記録層の両側を保護層により挟み込んだ3層構造とし,保護層、記録層、保護層の順に0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂7を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板8と貼り合わせ、光記録媒体とした。
Sb5−δのスパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3.5sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定されてある。完成された光記録媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。実施例1では、Low to Highの記録極性だったが、実施例2ではHigh to Lowとなった。これは、保護層ZnS−SiOとAlNの屈折率の差によるものである。ZnS−SiOは、屈折率が約2.3あり、基板を構成するPCの屈折率と異なるため、この層の境界で反射が起こり、膜厚を変えることにより反射率、およびコントラストを制御できるのに比較し、AlNは屈折率が約1.7でPCとほぼ同じ屈折率で層の境界で光が反射されにくく、光学的には層が存在しないと見なせる。実施例2では、入射側保護層ZnS−SiOが高屈折率で、記録層との2層構造により初期反射率を上げている一方、記録後、相分離により、記録層を透過する光量が増加し、反対側保護層側に光が抜けていくため、反射率が下がる。尚、記録極性は実施例1と逆であったが、記録特性(S/N比、長パルスと短パルスのコントラスト等)は実施例1と同程度であって実用上問題ないレベルであった。
よって、実施例1との対比から、金属反射層7を有しない、入射側保護層5、記録層3、反対側保護層6とからなる3層構造においては、以下のように光記録媒体の記録極性を設定可能である。すなわち、入射側保護層5に急冷性保護層を形成し、反対側保護層6に蓄熱性保護層を形成することにより、Low to Highモードの記録極性を有する光記録媒体が可能となり、入射側保護層5に蓄熱性保護層を形成し、反対側保護層6に急冷性保護層を形成することにより、High to Lowモードの記録極性を有する光記録媒体が可能となる。
[実施例3]
媒体構造を、レーザ光10の入射側から、入射側保護層5、Sb5−δからなる記録層3、反対側保護層6、Alからなる金属反射層7とし、入射側保護層5に高熱伝導率をもつAlN膜を配し、反対側保護層6に蓄熱性のあるZnS−SiOからなる保護層を配して、記録層の両側を保護層および金属反射層により挟み込んだ4層構造とし,保護層、記録層、保護層、金属反射層の順に0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂7を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板8と貼り合わせ、光記録媒体とした。
Sb5−δのスパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3.5sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定されてある。完成された光記録媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。記録極性は、Low to Highである。
図6は、実施例3における長パルス11Tと短パルス3Tを記録再生したときのオシログラフの再生波形を示すものである。実施例1と比較し、短パルス3Tの振幅は同様に大きくなり、コントラストが増大し、かつ長パルス11Tの振幅も程よく抑えられ、長パルスと短パルスのコントラスト比が約0.4になり、かつアシンメトリーもほぼ0になり、理想的な波形が実現できた。
[実施例4]
媒体構造を、実施例3とは保護層の順序が逆となる構造とした。すなわち、レーザ光10の入射側から、入射側保護層5、Sb5−δからなる記録層3、反対側保護層6、Alからなる金属反射層7とし、入射側保護層5に蓄熱性のあるZnS−SiO膜を配し、反対側保護層6に高熱伝導率をもつAlN膜からなる保護層を配して、記録層の両側を保護層および金属反射層により挟み込んだ4層構造とし,保護層、記録層、保護層、金属反射層の順に0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂7を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板8と貼り合わせ、光記録媒体とした。
Sb5−δのスパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3.5sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定されてある。完成された光記録媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。その結果、実施例2とほぼ同じ結果が得られ、理想的な波形が実現できた。かつ、感度が実施例2よりも約0.5mW向上した。
[実施例5]
実施例4で、記録後の反射率が低下するHigh to Lowモードに設定するため、入射側保護層5(ZnS−SiO膜)の厚さを概略λ/2に、反射層側保護層6(AlN膜)の膜厚を概略λ/4の膜厚とし、さらに反射側保護層6の上にAlからなる金属反射層7を設けた4層構造とし、保護層、記録層、保護層、反射層の順に 0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板と貼り合わせ、光記録媒体とした。
Sb5−δのスパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3.5sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定されてある。完成された媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生試験をした。その結果、実施例4とほぼ同じ波形を逆極性で実現できた。
Figure 2009032329
[比較例1]
媒体構造をSb5−δからなる記録層3の1層からなる1層構造とし、0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板と貼り合わせ、光記録媒体とした。
スパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3sccm、全圧:7.5mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定したものである。完成された媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。再生レーザーパワーは、0.5mW、線速度は6.61m/s、記録信号は11Tとした。反射率変化を見るため、書き込み周波数には、11Tの信号を使用した。
図7は、信号出力(振幅)vs記録パワーの特性を示す図である。比較例1での特性は、特性A301で示され、この結果から、この媒体では、反射率が飽和に達するパワーより大きなパワーでは膜が破壊されていることが分かった。
[比較例2]
媒体構造を、Sb5−δからなる記録層の上下両側にZnS−SiOからなる保護層により挟み込んだ3層構造とし,保護層、記録層、保護層の順に0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板と貼り合わせ、光記録媒体とした。入射側保護層の膜厚を概略λ/8に、反射側保護層の厚さを概略λ/2に設定した。
スパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:2sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定したものである。完成された媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。再生レーザーパワーは、0.5mW、線速度は6.61m/s、記録信号は11Tとした。反射率変化を見るため、書き込み周波数には、11Tの信号を使用した。比較例2での特性は、特性B302で示され、この結果から、記録層を上下2層の保護膜で挟み込んだ構造にすると、膜が破れるレーザーパワーが大きくなり、保護膜の効果が確認された。しかし、高パワーでは比較例1と同様に、膜が破壊され損傷を受けることが判明した。単に記録層の両側を保護層で保護しただけでは完全ではないことが判明した。また、諧調性がかなりあり、明確なスレショールドが存在せず、ジッターが大きい。
[比較例3]
この例は、Sb5−δの酸素組成をスピノーダル領域に設定し、酸素組成を比較例2よりも大きくしたものである。媒体構造は比較例2と同様である。
スパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときの完成された媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。反射率変化を見るため、書き込み周波数には、11Tの信号を使用した。比較例3での特性は、特性C303で示され、高パワーでは比較例1と同様に、記録膜が破壊され損傷を受けることが判明した。この結果は、概略比較例2と同様であるが、酸素組成が大きいために、スピノーダル分解の駆動力が大きいことが推定され、諧調性が小さくなり、より2値記録に適していると判断される。また、3Tや4Tの短いパルスの書込みを行うと、十分なコントラスト、アシンメトリーを得ることはできなかった。
[比較例4]
媒体構造を、Sb5−δからなる記録層の両側に高熱伝導率をもつAlN膜を配して、記録層の両側を保護層により挟み込み、過剰な熱の蓄積を防止し、記録層の破壊を防止する構造とした3層構造とし,保護層、記録層、保護層の順に0.6mm厚のPC基板上に着膜し、さらにUV樹脂を約10ミクロン塗布し、0.6mm厚のダミー基板と貼り合わせ、媒体とした。
Sb5−δのスパッタ条件を、Ar流量:100sccm、酸素流量:3.5sccm、全圧:7.4mbar、DCスパッタパワー:1KW、着膜時間:6秒とした。このときのSb5−δの酸素組成は、スピノーダル領域に設定し、酸素組成を比較例3よりも大きくしたものである。完成された媒体を波長405nmのレーザー光源、NA=0.65のレンズを使用した光記録試験機により、記録再生を試みた。反射率変化を見るため、書き込み周波数には、11Tの信号を使用した。比較例4での特性は、特性D304で示され、記録膜が破壊されるレーザーパワーはより大きくなり、パワーマージンが増大した。この結果、長パルスの反射率の増大が抑えられ、逆に短パルスの反射率が増大し、コントラストが増大し、アシンメトリーの最適化が可能であることを示す。しかし、長パルスと短パルスの振幅の比率は、長パルスの振幅が抑えられたため、十分ではない。また、高熱伝導率の保護膜を採用したために、熱の蓄積が少なくなり、感度が低下した。
Figure 2009032329
以上、実施例1〜4および比較例1〜4の記録再生の結果を考慮すると、記録層3の両側を異なる保護膜、すなわち、急冷性保護層(高熱伝導率の保護膜)と蓄熱性保護層(低熱伝導率の保護膜)で挟み込んだ構成が効果的であり、さらに、金属反射層を有する4層構造とすることにより、短パルスの振幅が大きく、コントラストが増大し、かつ長パルスの振幅も程よく抑えられ、長パルスと短パルスのコントラスト比が良好になり、かつ、アシンメトリーもほぼ0の、良好な記録再生波形が実現できる。
図1は、不定比化合物からなる相分離記録材料の相分離の状態を示す組成―温度の相図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態に係る光記録媒体の構造を示す断面図である。 図3は、Sb5−δ(不定比率δ)の相図である。 図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光記録媒体の構造を示す断面図である。 図5は、実施例1における長パルス11Tと短パルス3Tを記録再生したときのオシログラフの再生波形を示す図である。 図6は、実施例2における長パルス11Tと短パルス3Tを記録再生したときのオシログラフの再生波形を示す図である。 図7は、信号出力(振幅)vs記録パワーの特性を示す図である。
符号の説明
1、50‥光記録媒体、 2‥基板、 3‥記録層
4‥保護層、 5‥入射側保護層、 6‥反対側保護層
7‥金属反射層、 8‥UV樹脂、 9‥ダミー基板
10‥レーザ光、 21‥グルーブ、 22‥ランド
100‥バイノーダル線、 200‥スピノーダル線

Claims (11)

  1. 基板と、
    所定の不定比率δを有し、スピノーダル線の内側に位置して相分離を起こす領域内にある組成の酸化物、窒化物、炭化物、水素化物、または、それらの複数からなる混合物の不定比率化合物からなる相分離記録材料により前記基板上に記録膜として形成され、記録光により光記録される記録層と、
    前記記録層の一方の側に形成された急冷性保護層と、
    前記記録層の他方の側に形成された蓄熱性保護層と、
    を有することを特徴とする光記録媒体。
  2. 前記記録層は、前記不定比率化合物が、Sb5−δであって、前記所定の不定比率δが、0.4<δ<1.8であることを特徴とする請求項1に記載の光記録媒体。
  3. 前記記録層は、前記相分離記録材料を反応性スパッタリングにより前記基板上に記録膜として形成されたものであることを特徴とする請求項1または2に記載の光記録媒体。
  4. 前記急冷性保護層は、酸化物系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、硫化物系材料、または、それらの2以上を混合してなる高熱伝導性材料からなる保護層であることを特徴とする請求項1に記載の光記録媒体。
  5. 前記高熱伝導性材料は、AlN、SiN、TiN、TiO、SiO、SiOC、SiO、または、Alであることを特徴とする請求項4に記載の光記録媒体。
  6. 前記蓄熱性保護層は、酸化物系材料、窒化物系材料、炭化物系材料、硫化物系材料、または、それらの2以上を混合してなる低熱伝導性材料からなる保護層であることを特徴とする請求項1に記載の光記録媒体。
  7. 前記低熱伝導性材料は、ZnS−SiOであることを特徴とする請求項6に記載の光記録媒体。
  8. 前記急冷性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の面に形成されると共に前記蓄熱性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の反対側の面に形成されることにより、光記録媒体の記録極性が反射率増加タイプ(Low to High)とされ、一方、前記蓄熱性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の面に形成されると共に前記急冷性保護層が前記記録層の前記記録光を入射する側の反対側の面に形成されることにより、光記録媒体の記録極性が反射率減少タイプ(High to Low)とされていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光記録媒体。
  9. 前記記録光を入射する側の反対側の面に形成された前記急冷性保護層または蓄熱性保護層は、前記記録光を入射する側の反対側の面に、金属反射層を有していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光記録媒体。
  10. 前記急冷性保護層は、前記記録層の前記記録光を入射する側の反対側の面に形成され、前記蓄熱性保護層は、前記記録光を入射する側の面に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の光記録媒体。
  11. 前記急冷性保護層または前記蓄熱性保護層は、前記記録光を入射する側の保護層の厚さが略λ/2に設定され、前記記録光を入射する側の反対側の保護層の厚さが略λ/4に設定されることにより、光記録媒体の記録極性が反射率減少タイプ(High to Low)とされていることを特徴とする請求項9または10に記載の光記録媒体。
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