JP2982329B2 - 情報光記録媒体とその記録再生方法 - Google Patents

情報光記録媒体とその記録再生方法

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JP2982329B2
JP2982329B2 JP3023630A JP2363091A JP2982329B2 JP 2982329 B2 JP2982329 B2 JP 2982329B2 JP 3023630 A JP3023630 A JP 3023630A JP 2363091 A JP2363091 A JP 2363091A JP 2982329 B2 JP2982329 B2 JP 2982329B2
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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、情報光記録媒体とその
記録再生方法、特に、レーザービーム等により情報を高
密度・大容量で記録・再生・消去できる光ディスク等の
情報光記録媒体とその記録再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、書換可能な情報光記録媒体とし
ては、カー効果を利用した光磁気形のものと、結晶状態
と非晶状態の2つの状態間の可逆的変化を利用した相変
化形のものとがある。相変化形のものとしては、Ge15
Sb2 Te812 膜を相変化膜としたもの(特昭47
−26897)、Sb10Te80Se10膜を相変化膜とし
たもの(特開昭61−145737)、Sb2 Se膜を
相変化膜としたもの(特開昭60−155495)、S
2 Se3 膜を相変化膜としたもの(特開昭59−18
5048)、GeSbTe系膜を相変化膜としたもの
特開昭62−53 886)などがある。これらの情報
光記録媒体では記録したい情報の「1」に対応するとき
だけ高パワーの光照射を行なうことにより照射された部
分のみ相変化膜は溶融し、その後急冷凝固することによ
り非晶状態の記録マークが形成される。この情報列を消
去するには相変化膜を融点以上にしないような中間パワ
ーの光照射を一様に行なうことにより非晶状態の記録マ
ークをマーク間と同様に結晶化し、もとの状態に戻して
消去する。情報の読出(再生)は相変化膜の状態を変化
させない程度の低いパワーの光を照射することにより、
媒体からの反射光量の変化を検出することにより行な
う。
【0003】前述した相変化膜の材料の中では、高速消
去ができるために結晶化速度がある程度速いことと、熱
的安定性の観点からGeSbTe系相変化膜が有望であ
り、この相変化膜を用いて、各所で情報光記録媒体の開
発が活発に行なわれている。
【0004】次に、従来の情報光記録媒体の一例につい
て、図2を用いて説明する。
【0005】基板1の上に成膜される記録膜Bとして透
明干渉膜22、相変化膜23、透明干渉膜24、反射膜
25、保護膜26が順次積層されている。基板1として
はポリカーボネイト樹脂板やフォトポリマーのついたガ
ラス板等が用いられ、通常案内溝が設けられている。
【0006】相変化膜23としてはGeSbTe系材料
が用いられる。この材料は光磁気膜に比べれば耐酸化性
に優れるものの孔あけ形記録膜であるTeSeNPbよ
りは耐酸化性が劣る。そこでこの相変化膜23の上下を
透明干渉膜22,24で挟むことにより耐酸化性向上の
ためのバリアーとしている。この透明干渉膜22,24
は相変化膜23が適度な吸収率をもつようにすることと
積層構造全体の反射率を適度な値にするための光学的多
重反射干渉の働きもしている。さらにまた、透明干渉膜
22,24は相変化膜23が記録用光照射を受けて光エ
ネルギーを吸収し、それを熱エネルギーに変換して昇温
した後に光照射がなくなって冷却するときの速度を適度
な値にする働きもしている。
【0007】反射膜25は、相変化膜23が適度な吸収
率をもつようにすることと積層構造全体の反射率を適度
な値にするための光学多重反射干渉をおこすための反射
膜の働きとともに、前述の冷却速度を適度な値にする働
きもしている。
【0008】記録再生の光源としては通常波長830n
m前後の半導体レーザーが用いられ、基板を通して記録
膜Bの面上で約φ1.4μmとなるように絞りこんで記
録再生が行なわれる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな上述した従来の情報光記録媒体とその記録再生方法
は、現在各所で開発が行なわれているが、その課題は高
速な書換記録が可能であり、かつ記録感度が高く、かつ
C/N、消去率等の信号品質が良好であり、かつ書換記
録を多数回繰返しても上記記録再生特性の劣化がなく、
高温高湿度環境に長時間保存しておいても上記記録再生
特性および書換の繰返し性に劣化がないことであり、現
状ではこれらに対応できていないという欠点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の情報光記録媒体
は基板上に形成された記録膜に光を照射することにより
情報の記録・消去・再生が可能であり、情報の記録・消
去が結晶状態と非晶状態の間の相変化により行なわれる
情報光記録媒体であって、前記記録膜が少なくとも第1
の透明干渉膜、相変化膜、第2の透明干渉膜、反射膜、
保護膜を備え、かつ前記第1の透明干渉膜と前記第2の
透明干渉膜とはZnSとSiO2 との混合物であり、混
合物中のSiO2 の存在率は10モル%以上20モル%
未満であり、かつ前記相変化膜はGe1 Sb2 Te4
化合物組成であり、かつ前記反射膜はAlTi合金であ
り、かつ前記保護膜は紫外線硬化型樹脂であり、それぞ
れの膜の厚さは第1の透明干渉膜が200nm〜240
nmの範囲、相変化膜が25nm〜35nmの範囲、第
2の透明干渉膜が15nm〜25nmの範囲、反射膜が
35nm〜85nmの範囲、保護膜が3μm〜20μm
の範囲に設定されて構成される。
【0011】また、本発明の情報光記録媒体の記録再生
方法は基板上に、ZnSとSiO2との混合物であり混
合物中のSiO2 の存在率が10モル%以上20モル%
未満で厚さが200nm〜240nmの第1の透明干渉
膜と、Ge1 Sb2 Te4 の化合物組成で厚さが25n
m〜35nmの相変化膜と、ZnSとSiO2 との混合
物であり混合物中のSiO2 の存在率が10モル%以上
20モル%未満で厚さが15nm〜25nmの第2の透
明干渉膜と、AlTi合金で厚さが35nm〜85nm
の反射膜と、紫外線硬化型樹脂で厚さが3μm〜20μ
mの保護膜を積層して構成された情報光記録媒体を用い
記録したい2値情報に対応させて高パワーの光照射と中
間パワーの光照射とを行なうことにより、相変化膜の昇
温後の冷却速度を臨界速度に比べて速い場合と遅い場合
とに対応させ、相変化膜の状態を非晶状態と結晶状態と
に対応させて情報を記録し、低パワーの光照射を行なう
ことにより、相変化膜の状態の違いを読出して情報を再
生するように構成される。
【0012】
【作用】相変化形の情報光記録媒体への記録において
は、相変化膜を結晶状態から非晶状態へ変化させたり、
非晶状態から結晶状態へ変化させたりしなければなら
ず、この2つの変化は相変化膜の昇温後の冷却速度が非
常に重要である。そこで本発明者はφ130mmの光デ
ィスクが毎分3600回転する場合に良好な記録を行な
える記録膜の開発を目的として前述の課題を解決すべく
鋭意検討した結果、本発明に到った。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の一実施例を示す概略断面図
である。
【0015】図1に示す情報光記録媒体は、基板1と、
記録膜Aとからなり、記録膜Aとしては、ZnSとSi
2 との混合物で混合物中のSiO2 の存在率が10モ
ル%以上20モル%未満で厚さが200nm〜240n
mの透明干渉膜2と、Ge1Sb2 Te4 の化合物組成
で厚さが25nm〜35nmの相変化膜3と、ZnSと
SiO2 との混合物で混合物中のSiO2 の存在率が1
0モル%以上20モル%未満で厚さが15nm〜25n
mの透明干渉膜4と、AlTi合金で厚さが35nm〜
85nmの反射膜5と、紫外線硬化型樹脂(UV硬化樹
脂ともいう)で厚さが3μm〜20μmの保護膜6とを
含んで構成される。
【0016】記録および再生用の光ビームは基板1を通
して入射し、記録膜Aの面上でおよそφ1.4μmに集
光される。「1」と「0」の任意の並びからなる2値情
報を記録するときには「1」,「0」に対応させて高パ
ワーの光照射と中間パワーの光照射とを行なうことによ
り、「1」を記録したい部分の相変化膜3は融解後急冷
されるようにし非晶状態とし、「0」を記録したい部分
の相変化膜3は徐冷されるようにし結晶状態とする。
【0017】図1に示す情報光記録媒体は相変化膜3と
してGe1 Sb2 Te4 という化合物組成を用いており
結晶化速度が速いので、φ130mmのディスクを毎分
3600回転するのに相当する媒体線速度11.3m/
sec〜22.6m/secという速い線速度であって
も20dB以上という良好な消去率を得ることができる
(相変化膜3の厚さ、透明干渉膜2,4の材質と厚さ、
反射膜5の材質と厚さとが熱的に良好に設計されている
ためでもある。)。本発明の情報光記録媒体は、熱的設
計が良好であるため、C/Nが良好であるとともに、記
録感度も高く、高速な書換記録が可能となっている。
【0018】本発明の情報光記録媒体は光学設計的にも
良好であるため、C/Nが良好であり、記録感度も高
い。また、結晶状態と非晶状態との相変化膜の吸収率を
ほとんど等しくしているため、新しい「1」,「0」を
記録する前の情報列がどのようなパターンであっても、
そのパターンの影響を受けずに新しい「1」「0」列の
記録を行なうことができ、ジッターも小さく良好な重ね
書き記録ができる。
【0019】透明干渉膜2,4としてはZnSとSiO
2 との混合物を用い、混合物中のSiO2 の存在率を1
0モル%以上20モル%未満としているのでノイズが小
さく、かつ、屈折率が約2.2と大きな値であるので光
学的な多重反射干渉が良好となりC/Nが良好となって
いる。混合物中のSiO2 の存在率が10モル%未満の
場合は、屈折率は大きいので望ましいが、膜表面が平坦
ではなくなるのでノイズが大きくなり総合的には望まし
くない。混合物中のSiO2 の存在率が20モル%以上
の場合は膜表面は平坦になりノイズが小さくなり望まし
いが、屈折率はn=2.0以下と小さくなるので総合的
には望ましくない。また、ZnSとSiO2 との混合物
の高温高湿度環境での保存性は、SiO2 の存在率が1
0モル%以上であれば80℃90%600Hでもほとん
ど変化がなく安定である。
【0020】反射膜5としてはAlTi合金(Tiの含
有量は1重量%)(以下、単に[AlTi合金]とい
う)膜が望ましい。反射膜5の材料としてはAl、Al
Ti合金、Au、AuPd合金、NiCr合金を検討し
たが、NiCr合金は単体膜での反射率が他の材料に比
べて低いため、本発明のような多重反射干渉を利用する
媒体には適さなかった。AuおよびAuPd合金は反射
率的には問題ないが、接着力の点で問題であった。すな
わち、高パワーで記録しようとすると反射膜5が剥れて
変形するという問題が生じた。AlおよびAlTi合金
は光学特性的にはほとんど同じであったが、高温高湿度
環境での長時間保存特性の点で腐食のないAlTi合金
の方が望ましい。
【0021】保護膜6としては、記録感度をそれほど低
下させない紫外線硬化型樹脂が望ましい。紫外線硬化型
樹脂の保護膜6を反射膜5の上に形成することにより、
高パワーで記録しようとするときの記録膜Aの不可逆的
変形を抑止することができる。
【0022】媒体線速度11.3m/secのときのC
/N、消去率、ジッター、記録感度、繰返し書換特性お
よび媒体線速度22.6m/secのときのC/N、消
去率、ジッター、記録感度、繰返し書換特性が本発明の
媒体で良好な理由は、それぞれの膜材料と厚さが最適に
積層されたためと考えられる。とくに、繰返し書換特
性、高温高湿度環境長時間保存性が良好な理由は、種々
の媒体を作製して見出したためであり、各膜材料と厚さ
の因果関係は定かではなく、総合的に得られたものであ
る。以下に前述した実施例の3個の具体例および14個
の比較例について、説明する。 (具体例1) 案内溝が形成されている直径130mm、厚さ1.2m
mのポリカーボネイト樹脂製ディスク基板をスパッタ装
置内に載置し、1×10-6Torr以下に真空排気した
後、ポリカーボネイト基板をおよそ3nm程度逆スパッ
タした後、ZnSスパッタターゲット上にSiO2 チッ
プを置くという複合スパッタターゲットを用いてZnS
とSiO2 との混合物で厚さが220nmの第1の透明
干渉膜を形成した。この膜中のSiO2 の存在率を後で
RBS(ラザフォード・バック・スキャッタリング)法
で測定したところ15モル%であった。
【0023】次に、Ge1 Sb2 Te4 スパッタターゲ
ットを用いて30nm厚の相変化膜を形成した。この膜
の組成は後でICP法で測定したところ、スパッタター
ゲット組成とほぼ同じであった。
【0024】次に、第1の透明干渉膜のときと同様にし
て厚さが20nmの第2の透明干渉膜を形成し、次にA
lTiスパッタターゲット(Tiの含有量は1重量%)
を用いて40nm厚の反射膜を形成した後スパッタ装置
から外に出した。
【0025】その後この反射膜の上に紫外線硬化型樹脂
をスピンコートし、UV照射することにより紫外線硬化
型樹脂の保護膜をおよそ9μm形成した。
【0026】しかる後、このような2枚のディスクを記
録膜が内側になるようにホットメルトで貼合せた。これ
を媒体線速度5.65m/sec一定で楕円ビームを照
射することによりディスク全域の相変化膜を結晶状態に
そろえることにより初期化を行ない、情報光記録媒体を
作製した。
【0027】このようにして作製した光ディスクを36
00rpmで回転し、波長830nmの半導体レーザー
光を基板を通して記録膜に約φ1.4μmに絞って照射
した。トラッキング・サーボおよびフォーカシング・サ
ーボ用にも用いる再生ビームパワーは1mWである。半
径30mmのところ(線速度11.3m/sec)で、
記録周波数2.12MHzの信号をデューティ50%で
11mWの高パワー、7mWの中間パワーで8.47M
Hzの信号の上に重ね書き記録したところ52dBのC
/Nが得られ、そのときの消去率は28dBであり、良
好な記録再生結果が得られた。半径60mmのところ
(線速度22.6m/sec)でも同様の記録再生を行
ない、52dB以上のC/N、20dB以上の消去率が
得られ良好であった。
【0028】記録感度の点でも線速度が22.6m/s
ecと2倍になっても必要なパワーの増加率は1.3倍
であり、充分に実用的な値であった。
【0029】この光ディスクで105 回の書換を行なっ
た後でもC/Nの低下はほとんどなく良好であった。
【0030】また、80℃90%の高温高湿度環境に5
00H保存した後でも腐食や剥離はなく、C/N等の信
号品質も良好であった。
【0031】これを表1に示す。この表に併せて、以下
に説明する具体例2、3およびこの具体例1〜3と比較
する比較例1〜14のうち、比較例1〜7を表1に掲載
する。また比較例8〜14はこれを表2に掲載する。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】(比較例1) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体を180
0rpmで回転させて同様に記録再生特性を測定したと
ころ、半径60mmのところ(線速度11.3m/se
c)では前述と同じ結果が得られたが、半径30mmの
ところ(線速度5.65m/sec)では良好な記録が
できず、実用に供せるものではなかった。 (比較例2) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に比べて
紫外線硬化型樹脂の保護膜6をつけない媒体を作製し、
3600rpmで回転させて同様に記録再生特性を測定
したところ、105 回繰返し書換後の消去率が劣化し
た。このことから本発明の媒体では、紫外線硬化型樹脂
の保護膜が、高パワーでの記録による記録膜の不可逆的
変形を抑止していることがわかった。 (比較例3) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に比べて
反射膜をAl膜で形成した媒体を作製し、3600rp
mで回転させて同様に記録再生特性を測定したところ、
C/Nは2dB程度低かった。これは反射膜の表面の平
坦性が悪いためノイズレベルが上昇したためであった。
本発明の媒体の反射膜はAlTi合金膜にしているため
表面の平坦性が改良されている。次に、比較例3の媒体
を80℃90%の高温高湿度環境に500H保存した後
に外観検査をしたところ、反射膜に腐食が観察され、本
発明の媒体よりも耐候性に劣ることがわかった。(比較
例4)(具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に
比べて反射膜をAu膜で形成した媒体を作製し、360
0rpmで回転させて同様に記録再生特性を測定したと
ころ、105 回繰返し書換後の消去率が劣化した。これ
は第2の透明干渉膜とAuの反射膜との接着力が悪いた
めと思われる。 (比較例5) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体(相変化
膜の組成は原子%でGe:Sb:Te=14.3:2
8.6:57.1の化合物組成)に比べて相変化膜の組
成のみをGe:Sb:Te=21.1:26.3:5
2.6にした媒体を作製し、3600rpmで回転させ
て同様に記録再生特性を測定したところ、半径60mm
のところ(線速度22.6m/sec)では20dB以
上の良好な消去率は得られなかった。 (比較例6) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に比べて
第1および第2の透明干渉膜をZnSとSiO2 との混
合物で混合物中のSiO2 の存在率が5モル%で形成し
た媒体を作製し、3600rpmで回転させて同様に記
録再生特性を測定したところ、C/Nは5dB程度悪か
った。これは透明干渉膜が平坦でなくなり、ノイズが大
きくなったためである。
【0035】また、80℃90%の高温高湿度環境に5
00H保存した後に外観検査したところ、膜の剥離が観
察され、本発明の媒体よりも耐候性に劣ることがわかっ
た。 (比較例7) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に比べて
第1および第2の透明干渉膜をZnSとSiO2 との混
合物で混合物中のSiO2 の存在率が20モル%で形成
した媒体を作製し、3600rpmで回転させて同様に
記録再生特性を測定したところ、C/Nは2dB程度悪
かった。これは第1および第2の透明干渉膜の屈折率n
が2.0と小さくなったためである(本発明の第1およ
び第2の透明干渉膜の屈折率nは2.2である)。 (比較例8〜14) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に比べて
各膜の材質は同じで膜厚のみを表2のようにかえた媒体
を作製し、3600rpmで回転させて同様に記録再生
特性を測定したところ、表2の右欄に記した理由により
実用に供せる媒体ではなかった。 (具体例2) (具体例1)で示した本発明の情報光記録媒体に比べて
AlTi(Tiの含有量は1重量%)反射膜の厚さのみ
を80nmにかえ、他は同様にして情報光記録媒体を作
製し、(具体例1)と同様にして評価したところ、(具
体例1)の媒体と比べると最適な高パワーと中間パワー
の値が約2mW高くなったことを除くと、他の特性はほ
とんど同じで良好であった。 (具体例3) (具体例1)の媒体に比べて紫外線硬化型樹脂の保護膜
の厚さのみを16μmにかえ、他は同様にして情報光記
録媒体を作製し、(具体例1)と同様にして評価したと
ころ、(具体例1)とほとんど同じな良好な特性であっ
た。
【0036】
【発明の効果】本発明の情報光記録媒体とその記録再生
方法は、高速な書換記録が可能であり、かつ記録感度が
高く、かつC/N、消去率等の信号品質が良好であり、
しかも書換記録を多数回繰返しても上記記録再生特性の
劣化がなく、高温高湿度環境に長時間保存しておいても
上記記録再生特性および書換の繰返し性に劣化がない情
報光記録が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略断面図。
【図2】従来の一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
A, 記録膜 1 基板 2,4,22,24 透明干渉膜 3,23 相変化膜 5,25 反射膜 26 保護膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 7/24 G11B 7/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された記録膜に光を照射す
    ることにより情報の記録・消去・再生が可能であり、情
    報の記録・消去が結晶状態と非晶状態の間の相変化によ
    り行なわれる情報光記録媒体において、前記記録膜が少
    なくとも第1の透明干渉膜、相変化膜、第2の透明干渉
    膜、反射膜、保護膜を備え、かつ前記第1の透明干渉膜
    と前記第2の透明干渉膜とはZnSとSiO2 との混合
    物であり、混合物中のSiO2 の存在率は10モル%以
    上20モル%未満であり、かつ前記相変化膜はGe1
    2 Te4 の化合物組成であり、かつ前記反射膜はAl
    Ti合金であり、かつ前記保護膜は紫外線硬化型樹脂で
    あり、それぞれの膜の厚さは第1の透明干渉膜が200
    nm〜240nmの範囲、相変化膜が25nm〜35n
    mの範囲、第2の透明干渉膜が15nm〜25nmの範
    囲、反射膜が35nm〜85nmの範囲、保護膜が3μ
    m〜20μmの範囲に設定されていることを特徴とする
    情報光記録媒体。
  2. 【請求項2】 基板上に形成された記録膜に光を照射す
    ることにより情報の記録・消去・再生が可能であり、情
    報の記録・消去が結晶状態と非晶状態の間の相変化によ
    り行なわれ、媒体線速度が11.3m/sec〜22.
    6m/secの範囲で記録再生する情報光記録媒体にお
    いて、前記記録膜が少なくとも第1の透明干渉膜、相変
    化膜、第2の透明干渉膜、反射膜、保護膜を備え、かつ
    前記第1の透明干渉膜と前記第2の透明干渉膜とはZn
    SとSiO2 との混合物であり、混合物中のSiO2
    存在率は10モル%以上20モル%未満であり、かつ前
    記相変化膜はGe1 Sb2 Te4 の化合物組成であり、
    かつ前記反射膜はAlTi合金であり、かつ前記保護膜
    は紫外線硬化型樹脂であり、それぞれの膜の厚さは第1
    の透明干渉膜が200nm〜240nmの範囲、相変化
    膜が25nm〜35nmの範囲、第2の透明干渉膜が1
    5nm〜25nmの範囲、反射膜が35nm〜85nm
    の範囲、保護膜が3μm〜20μmの範囲に設定されて
    いることを特徴とする情報光記録媒体。
  3. 【請求項3】 基板上に、ZnSとSiO2 との混合物
    であり混合物中のSiO2 の存在率が10モル%以上2
    0モル%未満で厚さが200nm〜240nmの第1の
    透明干渉膜と、Ge1 Sb2 Te4 の化合物組成で厚さ
    が25nm〜35nmの相変化膜と、ZnSとSiO2
    との混合物であり混合物中のSiO2 の存在率が10モ
    ル%以上20モル%未満で厚さが15nm〜25nmの
    第2の透明干渉膜と、AlTi合金で厚さが35nm〜
    85nmの反射膜と、紫外線硬化型樹脂で厚さが3μm
    〜20μmの保護膜を積層して構成された情報光記録媒
    体を用い記録したい2値情報に対応させて高パワーの光
    照射と中間パワーの光照射とを行なうことにより、相変
    化膜の昇温後の冷却速度を臨界速度に比べて速い場合と
    遅い場合とに対応させ、相変化膜の状態を非晶状態と結
    晶状態とに対応させて情報を記録し、低パワーの光照射
    を行なうことにより、相変化膜の状態の違いを読出して
    情報を再生することを特徴とする情報光記録媒体の記録
    再生方法。
  4. 【請求項4】 媒体線速度が11.3m/sec〜2
    2.6m/secの範囲で記録再生することを特徴とす
    る請求項記載の情報光記録媒体の記録再生方法。
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