JP2962050B2 - 光学情報記録媒体 - Google Patents

光学情報記録媒体

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JP2962050B2
JP2962050B2 JP4154649A JP15464992A JP2962050B2 JP 2962050 B2 JP2962050 B2 JP 2962050B2 JP 4154649 A JP4154649 A JP 4154649A JP 15464992 A JP15464992 A JP 15464992A JP 2962050 B2 JP2962050 B2 JP 2962050B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光線を用いた情
報記録再生装置に用いる光学情報記録媒体、とりわけ書
き換え可能な光ディスクに関する。
【0002】
【従来の技術】信号を記録,再生、及び消去可能な光デ
ィスクとして、記録薄膜材料にカルコゲン化物を用いた
相変化型の光ディスクが知られている。一般には、記録
薄膜材料が結晶状態の場合を未記録状態とし、レーザ照
射で急熱急冷して非晶質状態にすることで信号を記録す
る。又、急熱徐冷で、再び結晶状態となり、記録信号は
消去される。
【0003】記録薄膜材料としては例えばTe,In,
Sb,Se等を主成分とする非晶質−結晶間で相変化す
る材料、或は異なる2種類の結晶構造の間で可逆的に相
変化をおこす物質を用いることが一般的である。
【0004】保護層材料としては、例えば、Al23
SiO2,SiO,Ta25,MoO3,WO3,Zn
S,ZrO2,AlN,BN,SiNx,TiN,Zr
N,PbF2,MgF2等の誘電体域はこれらの適当な組
み合わせが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】相変化型光ディスクの
記録・消去の繰り返し回数は、記録薄膜や保護層の材
料,ディスク構成,記録・消去ビームパワー等の最適化
によって向上するが、物性上必ずしも十分に満足しうる
ものとはいえない。
【0006】本発明は、記録・消去の繰り返し特性を向
上した光学情報記録媒体を提供することを目的としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、相変化型光学情報記録媒体の記録薄膜に
接して界面制御層を設けた構造とし、この界面制御層の
主成分をイオン半径が1.0Å以上の陽イオンとO2-
オンの化合した酸化物とするようにしたものである。
【0008】
【作用】記録薄膜に接して界面制御層を設けた構造と
し、この界面制御層の主成分をイオン半径が1.0Å以
上の陽イオンとO2-イオンの化合した酸化物とすること
により、繰り返しによる記録薄膜の破壊が生じにくくな
る。即ち、良好な繰り返し特性が得られるようになる。
【0009】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の一実施例を説明
する。
【0010】本発明の記録媒体の代表的な構造例を図1
に示す。記録,再生、及び消去を行うレーザ光は基板1
の側から入射させる。
【0011】基板1としては、PMMA,ポリカーボネ
ート等の樹脂或はガラス等、表面の平滑なものを用い
る。光ディスクの場合、通常基板平面10はレーザ光を
導くためにスパイラルまたは同心円状のトラックで覆わ
れている。
【0012】界面制御層3,5は、物理的・化学的に安
定、すなわち記録材料の融点よりも、融点及び軟化温度
が高く、かつその主成分が、イオン半径が1.0Å以上
の陽イオンとO2-イオンの化合した酸化物からなる。例
えば、Y,La,Ce,Gb,Dy,Thの酸化物ある
いはこれらの酸化物の適当な組合せからなる。又、界面
制御層は、場合によっては、3或は5の何れか一方だけ
でもよい。
【0013】保護層2,6の材料は、物理的・化学的に
安定、すなわち記録材料の融点よりも、融点及び軟化温
度が高く、かつ記録材料と相固溶しないことが望まし
い。例えば、Al23,SiOx,Ta25,Mo
3,WO3,ZnS,ZrO2,AlNx,BN,Si
Nx,TiN,ZrN,PbF2,MgF2等の誘電体域
はこれらの適当な組み合わせからなる。保護層は誘電体
や透明である必要はない。例えば可視光線及び赤外線に
対して光吸収性を持つZnTeで形成してもよい。又、
保護層2,6を異なる材料で形成すると、熱的及び光学
的なディスク設計の自由度が大きくなる利点がある。も
ちろん同一材料で形成してもよい。又、保護層を前記界
面制御層と同一組成で構成してもかまわない。
【0014】記録薄膜4は、結晶状態と非晶質状態との
間で可逆的に構造変化をおこす物質、例えばTe又はI
n,Se等を主成分とする相変化材料からなる。よく知
られた相変化材料の主成分としては、Te−Sb−G
e,Te−Ge,Te−Ge−Sn,Te−Ge−Sn
−Au,Sb−Te,Sb−Se−Te,In−Te,
In−Se,In−Se−Tl,In−Sb,In−S
b−Se,In−Se−Te等が挙げられる。
【0015】反射層7は、Au,Al,Ni,Fe,C
r等の金属元素、或はこれらの合金からなり、記録薄膜
への光吸収効率を高める働きをする。しかし、例えば記
録薄膜4の膜厚を厚くして光吸収効率を高める工夫をす
ることによって、反射層7を設けない構成とすることも
可能である。或は、記録薄膜と保護層を交互に複数回積
み重ねた構成とすることにより、記録薄膜1層あたりの
膜厚が薄くても、全体として光吸収効率を高めることも
できる。
【0016】保護基板9は、樹脂をスピンコートした
り、基板と同様の樹脂板,ガラス板、或は金属板等を接
着剤8を用いて貼り合わせることによって形成する。さ
らには、2組の記録媒体を中間基板或は反射層を内側に
して接着剤を用いて貼り合わせることにより、両面から
記録,再生、消去可能な構造としてもよい。
【0017】記録薄膜,保護層は、通常、電子ビーム蒸
着法,スパタリング法、イオンプレーティング法,CV
D法,レーザスパタリング法等によって形成される。
【0018】Te或はInを主成分とする種々の書き換
え可能な相変化型光ディスクにおいて、特定の領域に、
同じ信号パターンを繰り返し記録すると、その領域の終
端(一連の信号を書き終えた部分)から記録薄膜が破れ
る現象が見られる。以下、この現象を記録領域終端部に
おける繰り返し劣化と呼ぶ。記録領域終端部における繰
り返し劣化の現象は、レーザ照射時に、記録薄膜構成元
素がディスク半径方向、或はディスク周方向にわずかに
拡散移動し、繰り返しレーザ照射によって、記録薄膜構
成元素の拡散移動量が積算していくことに起因すると考
えてある。記録領域終端部における繰り返し劣化は、特
に記録パワーが高い時に顕著である。この現象を解決す
る手段として、記録薄膜に接して酸化物を主成分とする
界面制御層を設けることを試みた。その結果、記録薄膜
に接して設けた界面制御層の主成分をイオン半径が1.
0Å以上の陽イオンとO2-イオンの化合した化合物とし
た場合に、記録領域終端部における繰り返し劣化が軽減
した。
【0019】Te或はInを主成分とし、記録・消去の
繰り返し可能な相変化型記録薄膜組成は無限の組合せが
あり、その全てに対して酸化物界面制御層の効果を実験
的に確認することは不可能である。しかし、すでに公知
になっている、Te或はInを主成分とし記録・消去の
繰り返し可能な代表的相変化型記録薄膜の主成分は、T
e−Sb,Te−Ge,Te−Se,In−Te,In
−Sb,In−Seと大きく分類することができる。上
記分類で代表的な記録薄膜組成を有する光ディスクにつ
いて、界面制御層の効果を調べたところ、界面制御層の
主成分をイオン半径が1.0Å以上の陽イオンとO2-
オンの化合した酸化物とした場合に、記録・消去の繰り
返し劣化の抑制効果が顕著であった。実験結果から、前
記物性を有する酸化物界面制御層の設置が、Te或はI
nを主成分とし、記録・消去の繰り返し可能な相変化型
記録薄膜の記録・消去の繰り返し劣化−より具体的には
記録領域終端部の繰り返し劣化−の抑制に効果があると
判断できる。
【0020】前述のように、通常、消去の可能な相変化
型光ディスク装置の場合には、記録薄膜の非晶質相を記
録信号に対応させ、結晶相を消去状態に対応させる。
又、光学的に識別しうる2つの異なる結晶状態をそれぞ
れ記録、消去に対応させる場合もある。いずれの場合で
も、光学的に識別しうる2つの記録薄膜の状態のうち、
少なくともいずれかの状態を得るには、レーザ光線の照
射によって、記録薄膜を溶融させる、或は相変態の転移
温度以上に昇温させる必要がある。溶融している状態、
或は高温状態の記録薄膜では、記録薄膜の構成元素が拡
散移動しやすい。すなわち、記録・消去の繰り返し可能
な相変化型光ディスクでは、その記録・消去メカニズム
上、記録薄膜が繰り返し劣化する可能性を内在している
と言える。イオン半径が10Å以上の陽イオンとO2-
オンの化合した熱的に安定な酸化物を主成分とする界面
制御層を記録薄膜に接して設けた場合に繰り返し劣化が
抑制されるメカニズムはよくわからないが、その理由は
次のように考えている。
【0021】界面制御層を構成する酸化物が、イオン半
径の小さい陽イオンとO2-イオンとの化合物でしかも熱
的に安定な場合、両イオンは強いイオン結合を示し、レ
ーザ照射時における界面制御層と記録薄膜の反応は生じ
にくいと考えられる。反面、界面制御層に接した記録薄
膜の構成材料との結合は著しく小さいと思われる。この
ことは、記録薄膜構成材料が、なんらかの力を受けて物
質移動を起こそうとする場合に、界面制御層と記録薄膜
構成材料間に相互作用がほとんど働かない−すなわち物
質移動現象の抑制効果をほとんど持たないことにつなが
る、と考えられる。
【0022】一方、界面制御層を構成する酸化物が、イ
オン半径が比較的大きい陽イオンとO2-イオンとの化合
物でしかも熱的に安定な場合、両イオンは強いイオン性
結合を示しつつも、外側に向かって、イオン性を残して
いると考えられる。すなわち、この様な酸化物で界面制
御層を構成した場合、レーザ照射時における界面制御層
と記録薄膜の反応は生じにくく、かつ界面制御層と記録
薄膜構成材料間との間に何がしかの相互作用(引力)が
あると考えられる。このことは、記録薄膜構成材料が、
なんらかの力を受けて物質移動を起こそうとする場合
に、界面制御層と記録薄膜構成材料間に相互作用が大き
く−すなわち物質移動現象の抑制効果を持つことにつな
がる、と考えられる。
【0023】以下に具体的な例をもって本発明を詳述す
る。 (実施例1)代表的な記録薄膜組成として、Ge2Sb2
Te5を選び、この記録薄膜に接して種々の酸化物から
なる界面制御層を設けた場合の、記録・消去の繰り返し
特性−特に繰り返しに対する記録パワーの許容範囲−を
比較した。Ge 2Sb2Te5は、良好な記録・消去特
性、及び繰り返し特性が得られる材料として知られてい
る(特開昭62−209742号広報)。
【0024】図1にディスク構造を示す。基板の材質は
5.25インチ径のガラスとした。記録薄膜の膜厚は5
0nmで、膜厚3nmの酸化物界面制御層がその両側を
サンドイッチしている。さらにその両側を硫化亜鉛(Z
nS)からなる保護層がサンドイッチしている。保護層
の膜厚は、光学的に最適な特性が得られるように決定し
た。具体的には基板側の膜厚が150nm、記録薄膜上
には200nm設けた。反射層材料には金(Au)を用
い、膜厚は20nmとした。各層の形成はスパタリング
法により行った。
【0025】上記構成のディスクを用いて記録・消去の
繰り返し試験を行った。ここで、レーザビーム(波長:
830nm)とディスクの相対速度は10m/secと
し、パルス幅65nsでランダムデータを2−7変調マ
ークポジション記録をオーバライト(重ね書き)し、1
0万回の繰り返し記録回数に伴うBER(ビット・エラ
ー・レート:Bit Error Rate)の変化を
測定した(以下の実施例において記録・消去特性を調べ
る場合の記録条件は、本条件を踏襲している)。この
時、記録・消去パワーを0.2mWきざみで変化させて
BER変化を測定し、繰り返し後のBER値が最小とな
る記録・消去パワーを最適パワーと呼ぶことにする。最
適パワー、及び最適パワーの15%増しの記録・消去パ
ワーで繰り返し記録を行なった場合、BERが1×10
-5よりも大きくなった時の繰り返し回数を(表1)に示
す。(表1)には、界面制御層材料の酸化物の融点、及
び酸化物を構成する陽イオンのイオン半径を併記した。
各物性値は、化学便覧改訂3版基礎編から引用した。
【0026】
【表1】
【0027】(表1)より、イオン半径が1.0Å以上
の陽イオンとO2-イオンの化合した熱的に安定(低くと
も1000℃以上の融点)な酸化物で界面制御層を形成
した場合(ここでは、CeO2,Dy23,Gd23
La23,ThO2,Y23)に、繰り返し特性が良好
であることがわかる。一方、界面制御層を構成する酸化
物の陽イオンのイオン半径が1.0Å以下の場合、繰り
返しに伴うBERの増加の主因は、リシンク領域(信号
の同期をとるためデータ16Byte毎に書き込んだ一
定の信号パターンがある領域)、及び記録領域終端部に
おける波形劣化であった。これらの劣化は記録薄膜材料
の物質移動に起因していた。
【0028】界面制御層は、複数の酸化物から構成され
ていても差し支えない。又、記録層に接してどちらか片
側にのみ酸化物界面制御層を設けた場合においても、
(表1)の結果と同様、イオン半径が1.0Å以上の陽
イオンとO2-イオンの化合した熱的に安定(低くとも1
000℃以上の融点)な酸化物で界面制御層を形成した
場合に、最も繰り返し特性が良好であった。
【0029】次に記録薄膜の組成範囲を広げて、結晶化
・非晶質化感度がともに良好で、かつ記録薄膜に接して
熱的に安定な酸化物界面制御層を設けることによって繰
り返し特性が向上するような構成を調べた。実験の結
果、結晶化・非晶質化感度がともに良好(単一ビームに
よる重ね書きを考慮して、結晶化に必要な加熱時間が1
00nsec以下)で、かつ記録・消去の繰り返し時に
記録領域終端部劣化が生じにくい構成は、Ge−Sb−
Teの主成分の範囲が、 (Ge)x(Sb)y(Te)z 0.10≦x≦0.35 0.10≦y 0.45≦z≦0.65 x+y+z=1 であった。Ge−Sb−Te主成分の組成範囲は、図2
のA,B,C,D,Eで囲まれた範囲である。上記組成
範囲を有する記録薄膜に接して酸化物界面制御層を設け
る場合でも、イオン半径が1.0Å以上の陽イオンとO
2-イオンの化合した熱的に安定(低くとも1000℃以
上の融点)な酸化物で界面制御層を形成した場合に、最
も繰り返し特性が良好であることを実験的に確かめた。
【0030】記録薄膜主成分のGe−Sb−Te組成範
囲をさらに詳しく検討した結果、 (Ge2Sb2Te5x(GeSb2Te41-x 0≦x≦1 で表わされる範囲の記録薄膜組は、とりわけ結晶化速度
が速いと同時に、繰り返しに記録・消去に伴う記録領域
終端部の劣化−すなわち物質移動による劣化−が顕著で
あった。結晶化速度が速いことは重ね書き可能な相変化
型光ディスクにとって非常に好ましいことである。それ
故、適当な標準生成自由エネルギーを有する酸化物から
なる界面制御層を記録薄膜に接して設けることによる繰
り返し劣化の抑制効果は、 (Ge2Sb2Te5x(GeSb2Te41-x 0≦x≦1 組成において顕著、かつ重要である。
【0031】(実施例2)実施例1では、Ge−Sb−
Te記録薄膜の両側、或は片側にイオン半径が1.0Å
以上の陽イオンとO2-イオンの化合した熱的に安定(低
くとも1000℃以上の融点)な酸化物で界面制御層を
形成した場合に、繰り返し特性が向上することを示し
た。他にも、Te或はInを主成分とする記録薄膜、例
えばTe−Ge,Te−Ge−Sn,Te−Ge−Sn
−Au,Sb−Te,Sb−Se−Te,In−Te,
In−Se,In−Se−Tl,In−Sb,In−S
b−Se,In−Se−Te記録薄膜の両側、或は片側
にイオン半径が1.0Å以上の陽イオンとO2-イオンの
化合した熱的に安定(少なくとも1000℃以上の融
点)な酸化物からなる界面制御層を設けることによっ
て、いずれも記録・消去繰り返し特性が向上する傾向が
あることを実験で確かめた。一例として、(表2)に
(InSb)2Te記録薄膜を有する光ディスクの繰り
返し特性を示す。ディスクの構造は、ガラス基板、記録
薄膜の膜厚は40nmで、膜厚3nmの酸化物界面制御
層がその両側をサンドイッチしている。さらにその両側
を硫化亜鉛(ZnS)からなる保護層がサンドイッチし
ている。保護層の膜厚は、光学的に最適な特性が得られ
るように決定した。具体的には基板側の膜厚が150n
m、記録薄膜上には200nm設けた。反射層材料には
金(Au)を用い、膜厚は20nmとした。各層の形成
はスパタリング法により行った。実施例1に示した記録
条件で信号を1万回記録した。最適パワーで繰り返し記
録を行なった場合、BERが1×10-5よりも大きくな
った時の繰り返し回数を(表2)に示す。
【0032】
【表2】
【0033】(表2)より、イオン半径が1.0Å以上
の陽イオンとO2-イオンの化合した熱的に安定(低くと
も1000℃以上の融点)な酸化物で界面制御層を形成
した場合(ここでは、CeO2,Dy23,Gd23
La23,ThO2,Y23)に、繰り返し特性が良好
であることがわかる。一方、界面制御層を構成する酸化
物の陽イオンのイオン半径が1.0Å以下の場合、繰り
返しに伴うBERの増加の主因は、リシンク領域(信号
の同期をとるためデータ16Byte毎に書き込んだ一
定の信号パターンがある領域)、及び記録領域終端部に
おける波形劣化であった。これらの劣化は記録薄膜材料
Jの物質移動に起因していた。
【0034】界面制御層は、複数の酸化物から構成され
ていても差し支えない。又、記録層に接してどちらか片
側にのみ酸化物界面制御層を設けた場合においても、
(表2)の結果と同様、イオン半径が1.0Å以上の陽
イオンとO2-イオンの化合した熱的に安定(低くとも1
000℃以上の融点)な酸化物で界面制御層を形成した
場合に、最も繰り返し特性が良好であった。
【0035】
【発明の効果】前記薄膜に接して界面制御層を設けた構
造とし、この界面制御層の主成分をイオン半径が1.0
Å以上の陽イオンとO2-イオンの化合した熱的に安定な
酸化物とすることにより、繰り返しによる記録薄膜の破
壊が生じにくくなる。即ち、良好な繰り返し特性が得ら
れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の記録媒体の構造を示す断面
【図2】Ge−Sb−Teを主成分とする記録薄膜の主
成分組成範囲を示す模式図
【符号の説明】
1 基板 2 保護層 3 界面制御層 4 記録薄膜 5 界面制御層 6 保護層 7 反射層 8 接着層 9 保護基板 10 基板平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−35439(JP,A) 特開 平3−125344(JP,A) 特開 平1−211250(JP,A) 特開 平2−239437(JP,A) 特開 平5−174422(JP,A) 特開 平5−174423(JP,A) 特開 平5−217212(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 7/24 B41M 5/26

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板に形成され、レーザ光
    線の照射により相変化を生じて光学特性の異なる状態へ
    と可逆的に移りうる記録薄膜と、前記記録薄膜に接して
    その両側、或いは片側に界面制御層を有し、さらに前記
    界面制御層に接して保護層を少なくとも備えてなる光学
    情報記録媒体において、前記界面制御層の主成分が、イ
    オン半径が1.0Å以上の陽イオンとO2-イオンの化合
    した酸化物であることを特徴とする光学情報記録媒体。
  2. 【請求項2】 前記界面制御層を形成する酸化物が、
    Y、La、Ce、Gd、Dy、Thの6種類元素の酸化
    物のいずれか1種類、或いはこれら酸化物の組み合わせ
    であることを特徴とする請求項1記載の光学情報記録媒
    体。
  3. 【請求項3】 前記記録薄膜の主成分がTe、又はIn
    であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学
    情報記録媒体。
  4. 【請求項4】 前記記録薄膜の主成分がGe、Sb、T
    eで、前記主成分の組織比が、 (Ge)x(Sb)y(Te)z 0.10≦x≦0.35、 0.10≦y 0.45≦z≦0.65、 x+y+z=1 で表される範囲内にあることを特徴とする請求項1また
    は2に記載の光学情報記録媒体。
  5. 【請求項5】 前記記録薄膜の主成分がGe、Sb、T
    eであり、前記主成分の組織比が、 (Ge2Sb2Te5x(GeSb2Te41-x 0≦x≦1 で表される範囲内にあることを特徴とする請求項1また
    は2に記載の光学情報記録媒体。
  6. 【請求項6】 前記界面制御層の厚さが3nm付近であ
    ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載
    の光学情報記録媒体。
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