JP4040280B2 - 光記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再生ビーム光を照射して情報の再生を行う再生専用型の光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、再生ビーム光の照射により情報の再生を行う光ディスク等の光記録媒体は、高度情報社会における記録媒体の中心的役割の担い手として特に注目されている。この光記録媒体は、音声、映像、コンピューターデータ等の情報の蓄積に利用され、さらなる高度情報化と共に、その高密度化、大容量化が期待されている。
光ディスクシステムにおける情報の高密度化技術としては、半導体レーザ光の短波長化、対物レンズの高ＮＡ（開口数）化と共に媒体の改良を行う超解像技術が挙げられる。この超解像技術は当初、光磁気ディスク特有の技術として提案されたが、その後、再生ビームのスポット内に生じる温度分布を利用し、実効的に再生ビーム径より小さな光学的開口を形成できる超解像膜を用い再生専用型ディスクや相変化型光ディスク等での提案がなされ、様々なディスクに適用可能であることが明らかになった。
現在提案されている超解像膜にはサーモクロミック膜、相変化材料膜、Sb膜、フォトクロミック膜等があるが、繰り返し再生での安定性や開口サイズの制御性など種々の課題があり、実用されるまでには至っていない。
【０００３】
一方、このような開口型の超解像膜とは別に、微小開口を用いず超解像効果を得ることができる技術が提案された（T.Kikuwa et al.: Jpn.J.Appl.Phys. 40(2001)1624）。この技術はSuper-ROMとよばれ、再生専用型ディスクの反射膜に、 従来用いられてきたAlやAｕの代わりにMo、W、Si、Ge等を用いることにより、 開口型の超解像膜を用いることなく従来の光学系では再生できなかった回折限界以下の微小な記録ピットの再生が可能となるものである。以下の説明においては、上記の様に微小開口を用いてレーザスポットを実効的に小さくすることなく、回折限界以下の記録信号を読み出すことが可能な膜を非開口型の超解像膜と定義する。この詳細な再生メカニズムは検討中であるが、回折限界以下の記録ピットでも再生信号が得られ、今後の高密度化の要求に応えることのできる可能性がある技術である。また、この開口型の超解像膜での課題のひとつであった繰り返し再生での安定性は非常に高く、実用的な特性も期待できる技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在のところ上記した非開口型の超解像膜を用いた記録媒体では、回折限界以下の微小ピットでの再生出力は実用的に十分な値が得られておらず、更なる信号強度の増大が必要である。
そこで、本発明は以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目的は、非開口型の超解像膜を用い回折限界以下の微小ピットでの信号強度を増大させることが可能な光記録媒体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に規定する発明は、再生ビーム光に対する反射率の変化により信号を読み出すことができるようにした光記録媒体において、基板上に、透過率が調整された非開口型の超解像膜と、開口型の超解像膜とを備え、前記再生ビーム光が、先に前記非開口型の超解像膜に照射され、その後前記開口型の超解像膜に照射される構成としたことを特徴とする光記録媒体である。
請求項２に規定する発明は、再生ビーム光に対する反射率の変化により信号を読み出すことができるようにした光記録媒体において、基板上に、透過率が調整された非開口型の超解像膜と、金属微小散乱体を含む微小散乱体膜とを備えた構成としたことを特徴とする光記録媒体である。
【０００６】
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記開口型の超解像膜は、サーモクロミック膜で形成されている。
また、例えば請求項４に規定するように、前記微小散乱体は、誘電体膜中に非固溶な金属の微粒子を分散させている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る光記録媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る光記録媒体を示す断面図であり、図１（Ａ）は本発明の第１の実施例の断面図を示し、図１（Ｂ）は本発明の第２の実施例の断面図を示す。また、ここでは光記録媒体として光ディスクを例にとって説明する。
図１（Ａ）に示す第１の実施例において、１はポリカーボネート樹脂等よりなる光透過性の基板であり、この基板１上に非開口型の超解像膜２，開口型の超解像膜３、誘電体膜４，保護膜５が順次積層させて形成されている。そして、再生ビーム光Ｌは基板１側から入射され、この再生ビーム光Ｌは、先に非開口型の超解像膜２に照射され、その後、開口型の超解像膜３に照射される構成となっている。そのため再生ビーム光Ｌが開口型の超解像膜３まで到達するように非開口型の超解像膜２の透過率が調整されていることが望ましい。
【０００８】
ここで、上記非開口型の超解像膜２としては、例えばＳｉ膜が用いられ、上記開口型の超解像膜３としては例えばサーモクロミック膜が用いられ、上記誘電体膜４としては例えばＺｎＳ−ＳｉＯ₂ 膜が用いられ、また、上記保護膜５としては例えば紫外線硬化樹脂が用いられる。
従来から提案されている開口型の超解像膜のみを用いた場合、膜の積層順は、一般に再生ビーム光の入射側に超解像膜が配置されており、記録膜、或いは反射膜はその奥に配置される。この時、開口型の超解像膜は微小開口を形成することによりビーム径を絞り、超解像効果を起こす役割を担っている。これに対して、本発明における超解像効果は非開口型の超解像膜が担っており、再生ビーム光の絞り込みがない。この非開口型の超解像膜の再生原理はまだ明確になっていないが、記録ピット周辺の電磁気特性（プラズモン等）と電磁場の振動との相互作用が関連していると推測されている。例えば、その推測は以下のようである。一般に波長以下の微小開口や微小散乱体に光を照射することにより電磁場（エバネッセント場）が生成されることが知られている。本発明の第１の実施例においても、開口型の超解像膜がつくる微小開口の存在により新たに電磁場が形成される。この新たに形成された電磁場と非開口型の超解像膜の電磁場が相互作用することにより回折限界以下の信号強度の増大がはかられる。
【０００９】
また、図１（Ｂ）に示す第２の実施例においては、同じく光透過性の基板１上に、非開口型の超解像膜２、金属微小散乱体を含む微小散乱体膜６及び保護層５が順次積層されている。尚、図１（Ａ）に示す部材と同一部材については同一符号を付している。
このように、第２の実施例の特徴は、金属微小散乱体を含む微小散乱体膜６を非開口型の超解像膜２と積層する点にある。ここで用いる金属微小散乱体は光の照射により表面プラズモンを生成する。この表面プラズモンの励起により、非開口型の超解像膜の電磁場が増強されると推定される。この時の金属微小散乱体を形成する金属微粒子の粒径、密度が増強の度合いに影響を与えるため、実際の光ディスクシステムにおいては、記録信号に見合った粒径、密度を適宜調整する必要がある。この微小散乱体膜６としては、例えば金属微粒子が分散された誘電体膜が用いられる。
【００１０】
そして、上記第１及び第２の実施例の技術的構成をより明確にするため、微小開口や金属微小散乱体を持たない膜（例えばAu、Ag等の金属膜）と非開口型の超解像膜とを積層した光ディスクを作成して再生を行うと信号強度はむしろ低下する傾向が見られる。
これらのことより、非開口型の超解像膜と開口型の超解像膜とを組み合わせる事を特徴とする前述の第１の実施例において、開口型の超解像膜の役割は、従来なされている提案の様に微小開口を形成してビームを絞る事ではなく、波長以下の微小開口を形成して電磁気的相互作用を生じさせる事である。そして、その電磁気的相互作用を生じさせるためには、ビームに対する積層順が重要になる。先に開口型の超解像膜に再生ビーム光が当たると非開口型の超解像効果が発生しないか、発生しても微弱なため、開口型の超解像効果のみの作用となる。従って、光透過性の基板１上のビーム入射側に非開口型の超解像膜２が配置され、その上に開口型の超解像膜３が積層されていることが必要となる。
【００１１】
一方、第２の実施例においては、金属微小散乱体を含む微小散乱体膜６それ自体はビーム径を絞る効果を持たないため、非開口型の超解像膜２との積層順は特に制限されるものではなく、どちらが上でも下でも構わない。
＜実施例＞
以下に、本発明の光記録媒体を実施例１、２として実際に作成してその評価を行ったので、その評価結果を比較例１〜４と共に説明する。
（実施例１）
図１（Ａ）に示すように、凹凸により情報が記録されたポリカーボネート樹脂よりなる光透過性の基板１上に、非開口型の超解像膜２としてSi膜をスパッタリングで15nmの厚さで形成し、その後、開口型の超解像膜３としてサーモクロミック膜を積層した。このサーモクロミック膜は呈色材と顕色材の２成分からなる材料を使用し、２元蒸着機を用い重量％で略１：２の割合で260nmの厚さで成膜し た。その上にサーモクロミック膜である開口型の超解像膜３と紫外線硬化樹脂の保護膜５との混合を防ぐための誘電体膜４としてZnS-SiO₂膜をスパッタリングで20nmの厚さで形成した。その後、、保護膜５として紫外線硬化樹脂を塗布した。
【００１２】
（実施例２）
図１（Ｂ）に示すように、凹凸により情報が記録されたポリカーボネート樹脂よりなる光透過性の基板１上に、非開口型の超解像膜２としてSi膜をスパッタリングで15nmの厚さで形成し、その後、金属微小散乱体を含む微小散乱体膜（超解像膜）６として金属微粒子が分散された誘電体膜（以下、グラニュラー膜とも称す）を積層した。本実施例でのグラニュラー膜は、SiO₂にAg微粒子を分散させた膜を用いた。このグラニュラー膜は、スパッタリングで形成し、SiO₂ターゲット上にAgチップを置いたスパッタリングで形成し、Agチップの数で微粒子の粒径を約10nmに調整した。この膜厚は20nmとした。その上に保護膜５として紫外線硬化樹脂を塗布した。
【００１３】
（比較例１）
ポリカーボネート樹脂よりなる光透過性の基板１上に、非開口型の超解像膜２としてSi膜をスパッタリングで15nmの厚さで形成し、その上に紫外線硬化樹脂からなる保護膜５を形成した。
（比較例２）
ポリカーボネート樹脂よりなる光透過性の基板１上に、開口型の超解像膜３としてサーモクロミック膜を積層し、その上にAl反射膜、紫外線硬化樹脂よりなる保護膜５を順次積層した。上記サーモクロミック膜は、実施例１と同様に呈色材と顕色材の２成分からなる材料を使用し、２元蒸着機を用い重量％で略１：２の割合で260nmの厚さで成膜した。
【００１４】
（比較例３）
光透過性の基板１上に、超解像効果を示さない膜としてAg膜をスパッタリングで15nmの厚さで形成し、その後、開口型の超解像膜3としてサーモクロミック膜 を積層した。このサーモクロミック膜は実施例１と同様の方法で成膜した。その上にサーモクロミック膜３と紫外線硬化樹脂の保護膜５との混合を防ぐための誘電体膜４としてZnS-SiO₂膜をスパッタリングで20nmの厚さで形成した後、保護膜５として紫外線硬化樹脂を塗布した。
（比較例４）
光透過性の基板１上に、超解像効果を示さない膜としてAgをスパッタリングで15nmの厚さで形成し、その後、微小散乱体型の超解像膜として、実施例２と同様にSiO₂にAg微粒子を分散させた膜を20nmの厚さで積層し、その上に紫外線硬化樹脂からなる保護膜５を形成した。
【００１５】
図２は実施例１と比較例１、２の光ディスクにおける再生信号のＣＮＲ（ＣＮ比）のピット長依存性を示すグラフである。この時の測定は、再生ビーム光のレーザ波長が635nm、ＮＡが0.6、線速度が6m/sec、再生ビーム光パワーが４mWの 条件で行った。この光学系での再生限界は0.27μmであり、通常それ以下の記録ピットの再生は不可能である。このグラフから分かるように、実施例１及び比較例１、２のいずれの場合でも再生限界以下のピット長の再生信号が確認できる。しかし、そのＣＮＲは異なり、実施例１では非開口型の超解像膜のみを用いた比較例１よりもピット長0.2μm において７dB程度、0.25μmにおいて3dB程度大きな再 生信号が得られており、本発明の実施例１の有効性が確認できた。
【００１６】
一方、再生限界以上（0.27μm以上）の長いピットにおいて、通常の開口型の超解像膜を用いた比較例２では実質的に再生ビーム光が絞られているためＣＮＲは一定の値以上、例えば50dB程度以上に向上しないが、非開口型の超解像効果のある実施例１では、ピット長が再生限界よりも長くなると信号強度が増大している。従って、実施例１は、比較例１、２よりも優れた特性を有することが確認できた。
図３は実施例１と比較例３のピット長0.26μmにおける再生信号のＣＮＲの再生ビーム光パワー依存性を示すグラフである。この時の測定条件は、再生ビーム光の再生パワーを変えて測定している点以外は上記図２の場合と同様である。ここでは反射膜が超解像効果を示さないAg膜である比較例３に対し、非開口型の超解像膜であるSi膜を用いた実施例１では、ＣＮＲはより大きくなる事が確認できた。
【００１７】
同様に図４は実施例２と比較例１及び比較例４のピット長0.26μmにおける再生信号のＣＮＲの再生ビーム光パワー依存性を示すグラフである。ここでは単層で超解像効果を示す比較例１、超解像効果を示さない膜と微小散乱体型の超解像膜（微小散乱体膜）の組み合わせである比較例４に対し、超解像効果を示す膜（非開口型の超解像膜）と微小散乱体型の超解像膜（微小散乱体膜）の組み合わせである実施例２では、ＣＮＲの増大が認められ、この第２実施例の特性が良好であることが確認できた。
【００１８】
尚、以上に説明した各実施例は、単に一例を示したに過ぎず、本発明に利用できる非開口型の超解像膜、開口型の超解像膜、金属微小散乱体を有する微小散乱体膜の各材料、膜厚等は上記の実施例に限られるものではない。例えば非開口型の超解像膜としては、プラズモン効果を有する材料を用いた膜、エバネッセント効果を有する材料を用いた膜、他にGe,Mo,W等の材料が挙げられる。また、開口 型の超解像膜には、再生ビームのスポット内に生じる温度分布を利用し、実効的にビーム径より小さくし、使用レーザの波長以下の光学的開口を形成できる超解像膜であれば使用可能であり、例えばサーモクロミック材料膜や、自己収束効果材料（温度変化により、屈折率が変化する性質を有する各種色素、半導体、無機化合物）や、Sb膜、フォトクロミック材料膜、GeSbTe膜等の相変化材料等が挙げられる。更には、金属微小散乱体を形成する微小散乱体膜としては、非固溶である金属と誘電体の組み合わせ（例えば金属としてはAu,Cu等、誘電体としてはAl ₂O₃、SiN等）であれば使用可能であり、また酸化銀などの熱化学反応により可 逆的に金属微粒子が析出する膜でも良い。そして、それぞれの膜厚は材料に応じて適宜調整されることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光記録媒体によれば、回折限界以下の微小記録ピットの再生信号のＣＮＲを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光記録媒体を示す断面図である。
【図２】実施例１と比較例１、２の光ディスクにおける再生信号のＣＮＲ（ＣＮ比）のピット長依存性を示すグラフである。
【図３】実施例１と比較例３のピット長0.26μmにおける再生信号のＣＮＲの再生ビーム光パワー依存性を示すグラフである。
【図４】実施例２と比較例１及び比較例４のピット長0.26μmにおける再生信号のＣＮＲの再生ビーム光パワー依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…基板、２…非開口型の超解像膜、３…開口型の超解像膜、４…誘電体膜、５…保護膜、６…微小散乱体膜、Ｌ…再生ビーム光。

Claims (4)

1. 再生ビーム光に対する反射率の変化により信号を読み出すことができるようにした光記録媒体において、
   基板上に、透過率が調整された非開口型の超解像膜と、開口型の超解像膜とを備え、前記再生ビーム光が、先に前記非開口型の超解像膜に照射され、その後前記開口型の超解像膜に照射される構成としたことを特徴とする光記録媒体。
2. 再生ビーム光に対する反射率の変化により信号を読み出すことができるようにした光記録媒体において、
   基板上に、透過率が調整された非開口型の超解像膜と、金属微小散乱体を含む微小散乱体膜とを備えた構成としたことを特徴とする光記録媒体。
3. 前記開口型の超解像膜は、サーモクロミック膜で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体。
4. 前記微小散乱体膜は、誘電体膜中に非固溶な金属の微粒子を分散させてなることを特徴とする請求項２記載の光記録媒体。

Images