JP2009070514A - 多層光ディスク及びこの多層光ディスクを用いた光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 最も手前の層の半透過膜とそれ以外の層の半透過膜とでＡｇ合金（ＡｇＡｌＢｉ）の組成に差をつけた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】 ３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいて、各層を構成する反射膜材料の組成が、光入射面側からみて奥の層へ向かって、銀の割合が少なくし、アルミニウムの割合が多くすることで、膜の密着向上による耐久性及び再生信号特性の改善と、最も手前の層の透過率向上によるディスク全体としての高反射率化の達成（つまり高ＳＮ比）が両立する。
【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。

２層光ディスクにおいて、入射面から見て手前側の層の半透過反射膜としては、光学特性的にＡｇ（銀）が適している。しかしながら、Ａｇには腐食し易いといった問題点がある。このような問題点を解決するために、ＡｇにＡｌ（アルミニウム）とＢｉ（ビスマス）を０．０５〜５％付加することによって腐食を抑えているものがある（特許文献１参照）。
特開２００５−３３２５５７号公報

近年開発されている３層以上の光ディスクにおいては、ポリカーボネート基板上の２層の他に、フォトポリマー（アクリル系）により形成された３層目以降の記録層が存在する。このフォトポリマーは一般にＡｇに対する密着が弱いため、Ａｇ合金反射膜の組成に更に工夫が必要である。また３層以上の多層ディスクでは半透過膜に高い透過性が求められるため、この点からもＡｇ合金反射膜の組成を検討する必要がある。

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、最も手前の層の半透過膜とそれ以外の層の半透過膜とでＡｇ合金（ＡｇＡｌＢｉ）の組成に差をつけた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、３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいて、各層を構成する反射膜材料の組成が、光入射面側からみて奥の層へ向かって、銀の割合が少なくアルミニウムの割合が多くなることを特徴とする。

この発明によれば、そのため本発明では、最も手前の層の半透過膜とそれ以外の層の半透過膜とでＡｇ合金（ＡｇＡｌＢｉ）の組成に差をつけた。具体的には、最も手前の層はポリカーボネート上の記録層でありＡｇ膜の密着は問題ないが透過率が必要なため、Ａｇの比率を上げてＡｌＢｉ（特にＡｌ）の比率を下げる。一方で、それ以外の半透過膜はフォトポリマー上に形成されるため透過率よりも密着向上を優先してＡｇの比率を下げてＡｌＢｉ（特にＡｌ）の比率を上げる。（最も奥の層は全反射膜のため一般的にはＡｌ合金でここでは考えない。）

このようにすることで、膜の密着向上による耐久性及び再生信号特性の改善と、最も手前の層の透過率向上によるディスク全体としての高反射率化の達成（つまり高ＳＮ比）が両立することができる。

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Ｄである。信号再生光の入射面から見て、最初と最後の記録層（Ｌａｙｅｒ０（Ｌ０）、Ｌａｙｅｒ２（Ｌ２））の信号パターンがポリカーボネートの成形板上に、その他の記録層（本例では３層ディスクなので２層目：Ｌａｙｅｒ１（Ｌ１））の信号パターンがフォトポリマー上に、それぞれ設けられていることが特徴である。最も奥の層以外は半透過の反射層が信号パターン上に成膜され、半透過反射膜越しにフォーカスをそれぞれの層にかけ分けることで、各層の信号を再生する。

再生光は波長４０５ｎｍでＮＡ０．６５の光学系を用いている。各情報記録層には最短長０．２０４μｍ（もしくは０．１８０μｍ）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。但し、当然この形態に限られる訳ではなく、４層以上の情報記録層を持ったディスクでも、より高密度または低密度のディスク、小径（例えば８０ｍｍ）ディスクや両面ディスク、他の波長で再生する層を持つディスク（例えばＤＶＤとのＴｗｉｎ Ｆｏｒｍａｔ Ｄｉｓｃ）、またＢｌｕ−Ｒａｙディスクなど他方式の光ディスクでも良い。

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。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の信号パターン２上に半透過反射膜２１を成膜する（ＳＴ２２）。

並行してＬ１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第３層であるＬ２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Ｌ１−Ｌ２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。

この例は３層光ディスクであるが繰り返せば４層以上の光ディスクも作製可能である。ここで重要なのは、入射面側から見て最も手前と最も奥の層はポリカーボネートで形成されたパターン、それ以外の層はフォトポリマーにより形成されたパターンであるということである。２層を含む多層光ディスクでは一般に半透過膜材料としてＡｇ合金を用いる。しかしＡｇ合金はフォトポリマー（一般にアクリル系）に対して密着が悪く、その結果再生信号特性や耐久性が悪化する。

このため本発明では、ＡｇにＡｌとＢｉを入れた合金を反射膜として用いた。主にＡｌはフォトポリマーへの密着を上げる役割、Ｂｉは耐久性を上げる役割を果たす。同様の先行発明として特開２００５−３３２５５７号公報があるが、この先行例はポリカーボネート基板への成膜のみを想定しているため、比較的ＡｌＢｉ含有量が低い（０．０５〜５％）。一方で本発明ではフォトポリマーへの密着改善を第一に考えるため特にＡｌの含有量については大幅に上げている（〜１５％）。（以下含有量は atomic％。）

図３は、本発明の反射膜の効果を測定した結果である。一般的なＡｇ半透過反射膜による第２層（Ｌ１）の信号再生結果と、本発明のＡｇ合金（ＡｇＡｌＢｉ：Ａｌ＝１５％，Ｂｉ＜０．１％）半透過反射膜による第２層の信号再生結果を比較して示す。測定結果において、ＳｂＥＲ（Simulated bit Error Rate）とＰＲＳＮＲ（Partial Response Signal to 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３より、一般のＡｇ半透過反射膜と比べて本発明のＡｇ合金（ＡｇＡｌＢｉ）は各信号指標が改善している。

しかし一方で、同一の膜厚で成膜しているにもかかわらず本発明のＡｇ合金（ＡｇＡｌＢｉ）は反射率が低い。これは実際にはＡｌの導入により光吸収が増加しているためで、多層ディスクの半透過反射膜において透過率が下がることは奥の層の信号対雑音比の悪化につながり望ましくない。そこで本発明では、第１層目と（最も奥の層を除いた）それ以外の層（つまりポリカーボネートの層とフォトポリマーの層）で半透過反射膜の組成を変更することとした。

具体的には、最も手前の第１層目（Ｌ０）はポリカーボネート層でパターンへの反射膜の密着の問題が無いため、ＡｇＡｌＢｉの組成の内、Ａｌを少なめにする（例えば０≦Ａｌ≦５％，Ａｌ無しのＡｇＢｉ系合金でも良い）。こうしてＡｌを減らすことで手前の層に必要な透過率を稼ぐ。つぎにその他の半透過層については、フォトポリマーパターンへの反射膜の密着の問題を解決するべくＡｇＡｌＢｉの組成の内、Ａｌを第１層より大目にする（例えば５≦Ａｌ≦１５％）。この場合、第２層目（Ｌ１）の透過率は下がるが、第１層目の透過率が高いためその影響は限定的なものとなる。なお、Ｂｉの含有量については耐久性（特に接着剤やフォトポリマーによる腐食）を損なわない範囲で少なく（多いと透過率が下がるため）することが望ましく、０．０１％以上であるが１％以下でより理想的には０．１％以下である。

以上のことを一般的にあらわせば以下のようになる。
入射面から見て第１層目の半透過反射膜材料をＲ_１、最も奥の層の全反射膜材料をＲ_Ｍａｘ、その他の層の半透過反射膜材料をＲ_ｎとする。ここでは半透過反射膜を論じるので全反射膜Ｒ_Ｍａｘは除外する。

半透過反射膜Ｒ_１の組成は ＡｇxＡｌyＢｉz （８４≦x≦９９．９９，０≦y≦１５，０．０１≦z≦１）、半透過反射膜Ｒ_ｎの組成は ＡｇxＡｌyＢｉz （８４≦x≦９８．９９，１≦y≦１５，０．０１≦z≦１） であることとし、かつ３層以上の多層光ディスクにおいてはフォトポリマーへの膜の密着と透過率のバランスを考えて、以下の関係を満たすこととする。

１．それぞれの層のＡｇの含有量Ａｇ（Ｒ_１）、Ａｇ（Ｒ_ｎ）が、Ａｇ（Ｒ_１）＞Ａｇ（Ｒ_ｎ）

２．それぞれの層のＡｌの含有量Ａｌ（Ｒ_１）、Ａｌ（Ｒ_ｎ）が、Ａｌ（Ｒ_１）＜Ａｌ（Ｒ_ｎ）

以上の条件を満たす半透過反射膜であれば、一般にＡｇとの密着が悪いフォトポリマーを用いて作製された３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいても、信号特性、耐久性、反射率の全てをバランスよく満足することが出来る。

一般的に光ディスクの反射膜はスパッタリング法によって成膜されるが、ＡｇＡｌＢｉスパッタリングターゲットは安価なＤＣスパッタ装置で成膜でき、反応性気体の導入なども不要で短いタクトで生産性良く成膜が可能である。

なお、再生光入射側から見て最も手前のポリカーボネートによる記録層については、Ａｇ合金反射膜の密着不良の問題が少ないため、その組成はＡｌが少なくても（または０でも）良く更にはより腐食低減効果の高いＮｄなどに置き換えても良い。（但しフォトポリマー上に成膜する２層目以降の記録層の反射膜材料は上述のようにその組成にＡｌを含むこととする。）

また本発明のより望ましい形態は、全ての層を波長４０５ｎｍのレーザー光で再生する、または最も手前の層のみ波長６５０ｎｍのレーザー光で再生し、その他の層を波長４０５ｎｍのレーザー光で再生することを特徴とする。これはＡｌを含む合金は純Ａｇに比べて光を吸収し易いためで、特に長波長の光ほど吸収が大きくなり多層化には向かない構成となる（例えば６５０ｎｍの光で３層以上の奥の層を読むことは難しい）。

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４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４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

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 (8)

1. ３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいて、各層を構成する反射膜材料の組成が、光入射面側からみて奥の層へ向かって、銀の割合が少なく、アルミニウムの割合が多くなることを特徴とする多層光ディスク。
2. ３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいて、前記記録層の半透過反射膜の組成が、ＡｇxＡｌyＢｉzで示され、
   光入射面側から見て最初の前記記録層は、８４≦x≦９９．９９，０≦y≦１５，０．０１≦z≦１，atm%の範囲であり、
   前記最初と最後の層以外の前記記録層は、８４≦x≦９８．９９，１≦y≦１５，０．０１≦z≦１，atm%の範囲であることを特徴とする多層光ディスク。
3. 前記光入射面側からみて前記最初の記録層のＡｌをＮｄに置き換えたことを特徴とする請求項２記載の多層光ディスク。
4. ３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいて、光入射面側からみて最も手前の記録層を構成する反射膜材料をＲ_１、最も手前の層と最も奥の層以外の前記記録層を構成する半透過反射膜材料をＲ_ｎとしたとき、それぞれの層のＡｇの含有率Ａｇ（Ｒ_１）、Ａｇ（Ｒ_ｎ）は、Ａｇ（Ｒ_１）＞Ａｇ（Ｒ_ｎ）の関係を満たすことを特徴とする多層光ディスク。
5. ３層以上の記録層を持つ多層光ディスクにおいて、光入射面側からみて最も手前の記録層を構成する反射膜材料をＲ_１、最も手前の層と最も奥の層以外の前記記録層を構成する半透過反射膜材料をＲ_ｎとしたとき、それぞれの層のＡｌの含有率Ａｌ（Ｒ_１）、Ａｌ（Ｒ_ｎ）は、Ａｌ（Ｒ_１）＜Ａｌ（Ｒ_ｎ）の関係を満たすことを特徴とする多層光ディスク。
6. 全ての記録層を波長４０５ｎｍで再生することを特徴とする請求項１乃至５に記載の多層光ディスク。
7. 光入射面からみて最初の記録層のみを波長６５０ｎｍ、その他の全ての記録層を波長４０５ｎｍで再生することを特徴とする請求項１乃至５に記載の多層光ディスク。
8. 前記請求項１乃至５に記載の多層光ディスクにおいて、
   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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