JP2917728B2 - 光学的情報記録方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度かつ高速で情報
の記録再生ができる文書及び画像ファイルに適したライ
トワンス型の情報記録用媒体で、特に、高密度記録を可
能とする光学的情報記録方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上に形成された薄膜にレーザービー
ムを照射して穴もしくは変形（ピット）を形成するよう
にした光学的記録用媒体として、低融点かつ低熱伝導率
であるために低記録パワーで穴あけ可能なＴｅ薄膜が知
られている。（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，３４
（１９７９）、８３５ページ） さらに、経時安定性を増すためにＴｅにＳｅ、Ｓｂ、Ｃ
ｕなどを添加した合金薄膜やこれら金属を含有しさら
に、炭素、窒素、弗素、酸素等を含むプラズマ重合膜、
反応性スパッタ膜等が用いられている（特開昭５３−３
１１０４公報、特開昭５８−５４３３８公報、特開昭５
７−９８３９４公報、特開昭６２ー２５２５４３公報、
特開昭６３−１６００２７公報、特開昭６３−９５９８
３公報等）。

【０００３】また、色素もしくは色素と高分子の混合物
を記録層とする記録媒体も提案されている。これらの穴
あけ型ライトワンス記録媒体は、穴あけという物理的に
安定な記録状態を用いているためエラーレートが増加し
にくく、書換不能であるが故に改ざん不能な記録媒体と
して高い信頼を得ており、既に、文書ファイル、画像フ
ァイルとして実用化されている。

【０００４】この穴あけ型ライトワンス媒体は、記録層
面を内側にして２枚の基板を張り合わせ、いわゆるエア
ーサンドイッチ構造とすることにより水分の直接の凝縮
を防ぐなどして、実際上１００年以上の保存安定性を達
成している（三菱電機技報、６６（１９９２）、４３ペ
ージ）。また、その記録容量も５．２５インチ型で３０
０メガバイト／面という大容量を達成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、より一
層の高密度記録を可能とするために、ピットの大きさを
小さくしても十分な信号対雑音比（ＳＮ比）が得られる
こと、また、ピット間隔をより小さくすることが求めら
れている。ピット間の間隔をつめていくと、時間的に引
き続いて形成される隣合うピット同士が、たとえ空間的
に分離されていても、先行するピットの形成過程におけ
る余熱が後続するピットの形成過程に影響を及ぼすとい
う問題、すなわち熱干渉という問題が生じる。

【０００６】特にピット間隔が２μｍ未満となるとこの
熱干渉効果が著しくなるため、最短ピット間隔が２μｍ
未満となるような穴あけ型ライトワンス媒体はいまだ実
用化の段階にはない。熱干渉効果により後続するピット
が大きくなったり、その中心位置が前方にずれたりする
が、このようなピットを読みだした場合、いわゆるジッ
ター（Ｊｉｔｔｅｒ）やピークシフトが大きくなり、エ
ラーレートの増加につながる（尾上守夫監修、「光ディ
スク技術」、ラジオ技術社、２１２ページ）。

【０００７】熱干渉効果を抑制するために、記録層材料
として熱伝導率が小さい、Ｔｅ，Ｂｉ等の合金薄膜や、
色素または色素と高分子化合物を混合したもの等が用い
られてきたが、実際上材料の変更のみで熱干渉効果を軽
減するには限界がある。また、単に熱干渉を軽減するだ
けでは不十分で、意図的に制御しなければ、５．２５イ
ンチサイズで１ギガバイト以上の容量を得ることは不可
能である。

【０００８】一方、記録密度を向上させるためには、ピ
ット径を小さくする必要がある。ピットの大きさは、集
束された光ビームの径を小さくすること、また、光ビー
ム照射領域に生じた温度分布を利用し、中心部の高温領
域だけで穴もしくは変形を生じさせることにより、例え
ば直径１μｍ以下のピット（穴もしくは変形）を形成す
ることも可能である。

【０００９】これ以上ピット径を小さくするには、記録
パルスの照射時間（ｔw）を短くする必要がある。ｔwを
短縮して記録を行うと、より短時間に高パワーを照射し
なければピット形成に必要な温度まで昇温できないが、
光源として通常用いられる半導体レーザー光のパワーに
も限度があり、記録層面に照射されるパワーは現状では
２０ｍＷ程度以下、通常は１５ｍＷ以下である。

【００１０】たとえ、半導体レーザーの高出力化が可能
となっても、高速記録再生の要求に応えるため、ディス
クの回転速度が高速になればなるほど、ピット径を小さ
くするためにｔwをますます短縮する必要があることを
考えあわせると、レーザー光出力の限度から、記録パル
ス幅の短縮には限度がある。現状では、１８００から２
４００ｒｐｍで、数十ナノ秒が限度であろう。

【００１１】従来、記録層の熱伝導率が大きく、熱干渉
効果が著しい光磁気媒体においては、積極的に熱干渉効
果を制限／制御する試みが提案されてきた。たとえば、
記録層材料は変更せず、記録層をはさむ保護層や反射層
の材料膜厚を変更して熱拡散量を制御しようとする試
み、あるいは、記録時の記録パワーを分割したり、バイ
アスパワーの大きさを変化させたりオフにしたりする試
み等がある。

【００１２】このような試みは、ライトワンスあるいは
オーバーライト可能な相変化媒体においても提案されて
いる（Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐ．ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅ
ｍｏｒｙのプロシーディング等に多数例記載されてい
る）。しかしながら、穴あけ型ライトワンス媒体におい
ては、そのような試みは全く不十分であった。特に、ラ
イトワンス媒体では消去やオーバーライトに必要とする
バイアスパワーを用いていないために、バイアスパワー
の制御／最適化という観点での検討は実際上全くなされ
ていないと言ってよい。

【００１３】また、記録層上に厚い保護膜や金属反射膜
を設けることは穴あけによるピット形成を阻害するか
ら、保護層や金属反射膜による放熱効果も期待できな
い。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、記録層材
料の大幅な変更を行うことなく、穴あけ型記録媒体の記
録密度を飛躍的に向上させるべく鋭意検討を行った結
果、記録、再生時のパワーを特定のパワーにコントロー
ルすることにより目的を達成し得ることを見出し、本発
明に到達した。

【００１５】本発明の要旨は、基板に記録層を設けた記
録媒体の記録層に光を照射して穴をあけるか、もしくは
変形させることにより、最短ピット間隔が２μｍ以下で
ある情報の記録を行う方法であって、記録層に穴もしく
は変形が生じる温度よりも低温に加熱するためのバイア
スパワー（Ｐｂ）の光照射を行いつつ、記録パワー（Ｐ
ｗ）の光照射で記録を行う記録方法であって、トラッキ
ング及び情報の再生を行うパワーを再生光パワー（Ｐ
ｒ）とするとき、Ｐｗ＞Ｐｂ＞Ｐｒであることを特徴と
する光学的情報記録方法にある。

【００１６】本発明記録方法におけるレーザー光パワー
の変化を図１に模式的に示す。図１は各レーザーの光パ
ワーと照射時間の関係を示す図である。図１中Ｐｒは情
報の再生あるいはトラッキングのために必要な最小限の
レーザー光パワーであって、繰り返し記録層に照射して
も全く変形や変質を生じないことが望ましい。通常１０
⁷回の再生にも耐えられることが要求され、おおむね
０．５ｍＷ以上１ｍＷ未満のパワーが選ばれる。記録パ
ワーＰｗは記録層に局所的に穴もしくは変形を生じせし
めてピットを形成するための記録パワーで、記録層の温
度が記録層の融点Ｔｍ、分解温度Ｔｄ、軟化点Ｔｓ等の
いずれかもしくはすべてに対して十分高い温度に到達す
るように選ばれる。

【００１７】バイアスパワーＰｂは積極的に記録層を予
備加熱するためのバイアスパワーで、１回だけの照射で
は、記録層に、光学的に読みだし得る物理変化を全く生
じさせないようなパワーでかつ再生光パワーＰｒより十
分大きいパワーが選ばれる。バイアスパワーＰｂは記録
中にのみ照射されるから、ライトワンス型媒体では実質
上１回しか記録層に照射されない。従って、バイアスパ
ワーＰｂを繰り返し照射することにより、記録層が変質
することは問題にならないから、記録層にピットを形成
しうる最小のパワーを最小記録パワー（Ｐmin）とする
と、実際上かなり最小記録パワーＰminに近いパワーま
で選択することができる。したがって、少なくともＰｒ
＜Ｐｂ＜Ｐmin＜Ｐｗなる条件を満たしている必要があ
る。

【００１８】また、バイアスパワーＰｂ照射により記録
層が到達する温度をバイアス温度（Ｔｂ）とすると、バ
イアス温度Ｔｂは上記Ｔｍ、Ｔｄ，Ｔｓのいずれかもし
くはすべてより十分小さいことが望ましい。例えば、テ
ルル（Ｔｅ）を主成分とする穴あけ型の記録層のように
記録層を蒸発または溶融除去してピットを形成する場合
においては、バイアス温度Ｔｂは記録層の融点Ｔｍより
低いことが必要である。あるいは、上記記録層が有機薄
膜からなる下引き層を有し、その下引き層の分解による
ガス圧をトリガーとして感度の改善を図っている場合、
バイアス温度Ｔｂは下引き層の分解温度Ｔｄより低くな
ければならない。

【００１９】また、記録層が色素であり、その分解によ
るガス生成が記録層を押し退けてピットを形成する場
合、バイアス温度Ｔｂは色素の分解温度Ｔｄより低くな
ければならない。あるいは、記録層が色素と合成樹脂等
の高分子物の混合物であり、色素は光吸収剤として働
き、発生した熱により高分子物が変形または分解してピ
ットを形成する場合、バイアス温度Ｔｂは高分子の軟化
点Ｔｓまたは分解点Ｔｄより低くなければならない。

【００２０】さらに、上記各々の場合のバイアス温度Ｔ
ｂが、上記Ｔｍ，Ｔｄ，Ｔｓの２／３倍より小さいこと
が望ましい。あるいは、Ｔｍ，Ｔｄ，Ｔｓに相当するバ
イアスパワーあるいは最小記録パワーＰminより１ｍＷ
以上小さいことが望ましい。さらには、バイアスパワー
Ｐｂは再生光パワーＰｒの１．５倍以上であるほうが余
熱効果が期待できる。

【００２１】さて、上記バイアスパワーＰｂの照射によ
る熱干渉効果制御のメカニズムは必ずしも明らかではな
いが、一般に、記録層の熱伝導率は温度依存性を有し、
金属では高温になるほど小さくなるから、これを利用し
て隣接ピット間の熱干渉を制御できる。また、先行ピッ
トから後続ピットへの熱流は温度勾配に比例するが、こ
れもバイアスパワーＰｂにより隣接ピット間の温度分布
を小さくするなどして制御できると考えられる。

【００２２】本発明においては、上記のように、熱干渉
を制御してピット間隔をつめ高密度化を可能とできるの
みならず、記録パルス幅ｔwをより短くしてピット径自
体を小さくして高密度化をはかる際にも有利な効果をも
たらす。すなわち、バイアスパワーＰｂを照射すること
により、記録層を予備加熱できるため、記録パワーＰｗ
を小さくできるのである。こうして、数十ナノ秒以下の
パルス幅でも２０ｍＷ以下のパワーでの記録が可能とな
る。

【００２３】なお、本発明における記録方法はいわゆる
ピット位置記録であってもよいし、ピット長記録であっ
てもよい。いずれの場合も本発明記録方法は、ピット径
を小さくしたり、後続ピットの変形を抑制したりして、
ピット間隔を小さくし高密度化することができる。さら
に、ピット長記録の場合、記録パワーＰｗを照射する場
合に時間幅ｔwの単一のパルスで照射するにみならず、
ｔwを分割していくつかのパルスとして照射することに
より、ピット形状の改善をはかることも有効である。

【００２４】さらに、ディスクの回転速度をあげる場
合、記録パルスの繰り返し周波数を上げ、また、記録パ
ルス幅を縮めていけば、記録密度を保ったまま、高速記
録再生が可能である。回転速度の上限は、記録に用いる
光源のパワーの上限で決まってくるが、本発明の一つの
効果である予備加熱効果は回転速度によらず期待でき、
同一パワーでより高回転速度まで記録が可能となる。

【００２５】本発明は記録層はＴｅやその合金のような
金属であっても、あるいは色素や色素と高分子物の混合
物であっても適用可能であるが、熱伝導率の大きい金属
薄膜記録層に適用した方がより効果的である。上記記録
パワー及びバイアスパワーをあらかじめ、指定された位
置にプリピットとして射出成形時に転写したり、成膜後
記録しておくことで、媒体の互換性をとることができ
る。

【００２６】なお、前述のように、光磁気記録媒体や相
変化記録媒体では、バイアスパワーを用いる例は多い
が、穴あけ型ライトワンス媒体では全く新しい手法であ
る。更に、穴あけ型媒体に適した記録層材料の物性値に
鑑み、バイアスパワー値の設定条件等を明らかにした点
でも、実用上の価値は非常に大きい。

【００２７】

【実施例】

実施例１，２、比較例１，２ 穴あけ型記録媒体として、１．３９μｍピッチの同心円
状トラックを有するポリカーボネート樹脂基板上に、フ
ルオロカーボンのプラズマ重合膜を下引層として設け、
この上にＴｅＳｅＦ記録層を成膜した２層膜を用いた。

【００２８】プラズマ重合膜は６弗化プロピレンを平行
平板型電極内に導入し、高周波放電（１３．５６ＭＨ
ｚ）で膜厚４００Åに成膜した。ＴｅＳｅＦ膜はＴｅ₈₅
Ｓｅ₁₅ターゲットをＳｅＦ₆／Ａｒ混合ガス中で反応性
スパッタして膜厚３００Åに成膜した。基板を線速７．
６ｍ／ｓ（２４００ｒｐｍ、半径３０ｍｍに相当）で回
転させ、図２のような記録波形パターンを繰り返してピ
ット位置記録を行った。用いたレーザー光は、波長７８
０ｎｍで、およそ直径１．３μｍにまで集束されてい
る。記録パワー（Ｗｒｉｔｅ ｐｏｗｅｒ）は５〜１１
ｍｗを用いた。

【００２９】エラーレートに直接影響を及ぼすジッター
（Ｊｉｔｔｅｒ）を測定した（尾上守夫監修、「光ディ
スク技術、ラジオ技術社、２１２ページ）。時間３Ｔ及
び８Ｔ（Ｔ＝基準クロック周波数に対する周期）は、現
状の５．２５インチ光ディスクで広く用いられている
（２、７）変調符号でのピット位置記録を行った場合
の、最短ピット間隔及び最長ピット間隔に相当するが、
基準クロック周期５５ナノ秒は現行国際規格（ＩＳＯ／
ＩＥＣ９１７１（１９９０））のおよそ１．６倍とし
た。

【００３０】上記のようなパターンを用いることによ
り、最短ピット間隔、３Ｔすなわち熱干渉の観点から最
悪のジッターを測定することができる。また、３Ｔで記
録した図２のピットＡに相当する再生信号振幅を８Ｔで
記録したピットＢに相当する再生信号振幅で割った値を
分解能（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）とする。ピット間隔３
Ｔをつめすぎたり、あるいは、記録パワーが大きくなっ
てピット径が大きくなりすぎたりして、分解能がおよそ
３０％未満となると正確な再生が不可能となる。

【００３１】記録パルス幅を２０ナノ秒とし、バイアス
パワーＰｂを１．５ｍＷ及び１．２ｍＷとした場合をそ
れぞれ実施例１、実施例２とし、バイアスパワーを再生
パワーと同じ０．６ｍＷ、記録パルス幅を２０ナノ秒と
した場合を比較例１、バイアスパワーを０．６ｍＷで記
録パルス幅を３０ナノ秒とした場合を比較例２とする。

【００３２】各例におけるジッター、分解能の記録パワ
ー依存性をそれぞれ図３、図４、図５、図６に示す。比
較例２では１０ｍＷ以下での記録が可能であるものの、
全体的にジッターが高めであり、かつ、高記録パワー側
での分解能の低下が著しい。比較例１では、ジッター、
分解能は改善されているものの、記録感度が大幅に悪く
なる。これに対し、実施例１では、比較例２と同等の記
録感度でありながら、ジッター、分解能とも改善されて
いる。

【００３３】さらに比較例２では、感度を比較例１より
向上させつつ、ジッター、分解能の良好な記録パワー領
域を大幅に広げている。 実施例３ 実施例２と同等の条件で、記録パルス幅を１５ナノ秒と
して記録を行った。基準記録周期Ｔを４５ナノ秒まで縮
めたが、分解能３０％以上の記録ができた。

【００３４】このようなことは、比較例の記録条件では
全く不可能であった。レーザー光波長をさらに短波長化
すれば、より高密度の記録が可能であることは言うまで
もない。また、同様の方法によりピット長記録を行うこ
とも可能であり、さらに記録密度を向上できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明記録方式を用いることにより、ピ
ット径及びピット間隔のいずれをも詰めることができ、
穴あけ型記録媒体の高信頼性を維持しつつ、より高密度
な記録が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明記録方法におけるレーザー光パワーの
変化を模式的に示す図

【図２】 実施例における記録波形パターンを模式的に
示す図

【図３】 実施例１におけるジッター、分解能の記録パ
ワー依存性を示す図

【図４】 実施例２におけるジッター、分解能の記録パ
ワー依存性を示す図

【図５】 比較例１におけるジッター、分解能の記録パ
ワー依存性を示す図

【図６】 比較例２におけるジッター、分解能の記録パ
ワー依存性を示す図

【符号の説明】

Ａ ３Ｔで記録したピット Ｂ ８Ｔで記録したピット

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に記録層を設けた記録媒体の記録層
   に光を照射して穴をあけるか、もしくは変形させること
   により、最短ピット間隔が２μｍ以下である情報の記録
   を行う方法であって、記録層に穴もしくは変形が生じる
   温度よりも低温に加熱するためのバイアスパワー（Ｐ
   ｂ）の光照射を行いつつ、記録パワー（Ｐｗ）の光照射
   で記録を行う記録方法であって、トラッキング及び情報
   の再生を行うパワーを再生光パワー（Ｐｒ）とすると
   き、Ｐｗ＞Ｐｂ＞Ｐｒであることを特徴とする光学的情
   報記録方法。