JP4330538B2 - ジュアルスタック光データ記憶媒体およびそのような媒体の利用 - Google Patents

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Description

本発明は、記録時に、約655nmの波長λの集束放射線を入射面に入射させて記録を行うジュアルスタック光データ記憶媒体であって、
当該ジュアルスタック光データ記憶媒体の片側に設置された、少なくとも1の基板、
追記型記録層を有する第1の記録スタックL0であって、波長λで光反射値RL0および光吸収値AL0を有し、前記追記型記録層は、波長λで複素屈折率
Figure 0004330538
 を有し、厚さdL0 を有する第1の記録スタック、
追記型記録層を有する第2の記録スタックL1であって、波長λで光反射値RL1および光吸収値AL1を有し、前記追記型記録層は、波長λで複素屈折率
Figure 0004330538
 を有し、厚さdL1 を有し、前記第1の記録スタックよりも前記入射面に近い位置に設置された第2の記録スタック、および
前記記録スタック間に設置された透明スペーサ層であって、該透明スペーサ層の厚さは、実質的に、前記集束放射線の焦点深さよりも厚い透明スペーサ層、
を有するジュアルスタック光データ記憶媒体に関する。
さらに本発明は、そのような媒体の利用に関する。
上述の光記録媒体の実施例は、日本の特許出願JP-11066622号で知られている。
光記録の市場において、現時点で最も重要で将来性のあるフォーマットは、追記型フォーマット、すなわち追記型コンパクトディスク（CD-R）であることは明らかである。主役はいずれ、書き換え可能型コンパクトディスク（CD-RW）に置き換わっていくであろうという古くからの予測に反し、CD-Rの実際の市場規模は、現在でもCD-RWに比べて少なくとも1桁大きい。また駆動に際して最も重要なパラメータは、R媒体の最大記録速度であって、RWの記録速度ではない。例えばCD-RWのマウントレーニア（Mount Rainier）標準規格によって、今後CD-RWへの市場のシフトは生じ得る。しかしながらRフォーマットは、再生専用コンパクトディスク（CD）と100%互換性があり、極めて魅力的である。
近年、CDに比べて極めて大容量のデータ記憶媒体として、デジタル多機能ディスク（DVD）が市場シェアを獲得し始めている。現在のところ、このフォーマットは、再生専用型（ROM）および書き換え可能型（RW）の方式で利用できる。DVD書き換え可能型（DVD+RW）標準規格に続いて、新しい記録方式（R）、すなわち追記型のDVD+R標準規格が開発されている。新しいDVD+R標準規格は、DVD+RWのサポート役として重要視されるようになっている。想定されるシナリオは、最終消費者にとって光学式追記型フォーマットが身近なものとなり、彼らがそのフォーマットを書き換え可能型フォーマットよりも容易に受け入れるようになることである。近年、さらに大記憶容量のブルーレイディスク（BD）と呼ばれる新しいフォーマットが紹介された。このフォーマットの場合も、RおよびRW方式の導入が計画されている。
RおよびRWフォーマットのいずれの場合も、単一スタック化媒体しか存在しないため、容量や記録時間が限定されるという問題がある。DVDビデオはROMディスクではあるが、これについては、ジュアル層媒体が既にかなりの市場を占めていることに留意する必要がある。ジュアル層、すなわちジュアルスタックのDVD+RWディスクは恐らく実現可能であろう。しかしながら、完全互換性のあるディスク、すなわちジュアル層DVD-ROMの反射および変調仕様の範囲にあるディスクを得ることは、極めて難しいことが明らかになってきている。従って、例えばDVD+RW媒体において記録層として用いられるアモルファス／結晶質相変化材料には、少なくとも特性の大きなブレークスルーが要求される。完全互換性がないと、ジュアル層DVD+RWの市場での成功は難しい。
例えば、ジュアル層（=スタック）DVD-ROM標準規格と互換性のあるジュアルスタックDVD+R媒体を得るには、上部L1層と底部L0層の両実効反射率は、少なくとも18%である必要がある。より普遍的には、仕様を満足するためには、いかなる新世代ジュアルスタック媒体に対しても、最小実効光反射レベルRminが必要であるといえる。例えばジュアルスタックBDの場合、想定されるRmin値は0.04であり、単一スタックBDと互換性を有するジュアルスタックBDの場合、Rmin=0.12である。実効光反射とは、例えばスタックL0およびL1の両方があって、L0およびL1のそれぞれに光が集束されるときに、媒体から戻ってくる有効な光成分として観測される反射を意味する。ただし、そのような仕様を満足させるためにスタックに必要な、光の反射、吸収および透過の各値に対する条件は、ほとんど知られていない。日本特許出願JP-11066622号には、スタックに必要な光反射、吸収および透過の各値については、全く示されていない。なお通常用いられるL0およびL1の表記では、表記L0は「最近接の」スタック、すなわち放射線入射面に最近接のスタックを表すが、本願では、表記が異なることに留意する必要がある：すなわちL0は、放射線入射面から見て最深のスタックであり、L1は、放射線入射面に近接するスタックである。
特開平11-066622号公報
本発明の課題は、最初に示したような、L0スタックおよびL1スタックの双方について、目標Rmin値以上の実効光反射レベルを有する光データ記憶媒体を提供することである。
この課題は本発明の光記録媒体によって達成でき、この光記録媒体は、
式Rmin ＝0.18としたとき、
AL1≦1−Rmin−√(R min /R L0 )
であり、
k L0λ ≦｛λ*ln[1/(R min +√(R min ))]｝/(4π* d L0 )、および
k L1λ ≦｛λ*ln[1/(R min +√(R min ))]｝/(4π* d L1 )
を満たすことを特徴とする。所与の光データ記憶媒体に対して、ジュアルスタックディスクの両記録スタックの実効反射は、常に固有の最小反射Rminを超える必要がある。これは、L1の実効反射が以下の式を満足する必要があることを意味する。
Figure 0004330538
 L0に対して、実効反射は以下の式で表される。
Figure 0004330538
 従って、L1の透過に対しては、
Figure 0004330538
 となる。式（1）と（3）は、ジュアルスタック媒体の全体的な光学特性は、主としてL1の光学特性によって決まることを示している。式（1）と（3）を組み合わせると、直接、L1の許容吸収の必要値が定まる。
Figure 0004330538
 AL1の許容最大値は、L0が最大反射となる場合、すなわちRL0=1のときに得られる。またこの場合、L0から生じ得る最も高い実効反射値が得られる。従ってL1の吸収の最大値は、以下のように定めることができる。
Figure 0004330538
 RL0=1では、光放射の吸収は生じないため、L0へのデータの記録が不可能であることがわかる。この極限状況は、例えばジュアルスタック追記型ROMディスクまたは追記型L1、ROM L0ディスクに利用できる。
ある実施例では、AL1≦AL0である。光学手段を介してL0内の記録情報を得るため、L0スタックは、例えばレーザーのような放射線の波長に対して有限の光吸収値を有する必要がある。記録レーザーの光の一部のみがL1を通過するため、L0は、許容限界範囲内の必要な記録パワーを確保できるよう、より感度が高いこと、すなわちL1よりも吸収率が高いことが好ましい。追記型ジュアル層ディスクの場合、以下の2条件が一般的である：（i）両層において同等の実効反射値（駆動上同じ信号振幅であることが好ましい）、（ii）両層において同等の実効吸収値（層に依存せず必要となる同等の記録パワー）。これらの2境界条件によって、L1の好ましい吸収値は以下のように与えられる。
Figure 0004330538
 またL0の好ましい吸収値は（TL0=0と仮定）、以下の式で与えられる。
Figure 0004330538
 次のステップでは、L0とL1での吸収値は、主にL0とL1それぞれの記録層dLの厚さおよびL0とL1それぞれの記録層材料の吸収係数kLλによって定まる（kLλは複素屈折率nLλの虚部である）と仮定する。記録スタック内への吸収値を算定するため、生じ得るジュアルスタック構造の影響を無視すると、以下の単純化ができる。すなわち（i）記録層内での干渉の影響は無視でき、（ii）設置される可能性のある補助層への吸収が無視でき、（iii）記録層は、図5に示すように屈折率n0およびn2の2の半無限媒体間に設置される。通常、上部を覆う媒体は透明であり（L1の場合は基板、L0の場合はスペーサ層）、底部の媒体は透明（L1の場合はスペーサ層）または高反射性（L0の場合は反射層）のいずれかである。またこの層内での光パワーの吸収は、次の式のように、dLおよびkLの双方に対して指数関数的に変化する。
Figure 0004330538
 ここでλはレーザー波長である。指数関数内の項（1+|(nL-n2)／(nL+n2)|）は、実効厚さの指標であり、これは図5に示すように記録層の第2の界面で反射される光の成分によって増加する。積の項（1-|(nL-n0)／(nL+n0)|2）は、第1の界面で反射される光の寄与分である。
通常、L1スタックは有限反射および有限透過となるように調整される。またスタックの吸収に最も支配的な影響を及ぼすのは、光のシングルパスの吸収である。L0スタックは、高反射となるように調整され、スタックの吸収は光のダブルパスに近くなる。
1.5AL1≦AL0≦2.5AL1であることが好ましい。図4から、L0およびL1での記録パワーが同等である場合、L0での吸収は、通常L1の約2倍となることがわかる。最も関心のある範囲、すなわちL1で高いT、L0で高いRが得られる有限吸収の範囲では、ダブルパスによって、約2倍の吸収が得られる。従って両層において必要な範囲にある吸収を得るには、両層は以下の式に従う必要がある。
Figure 0004330538
 図6から、この近似は、干渉の影響があまり重要とはならないL1型スタックの場合に、良い一致を示すことがわかる。
上記の計算においては、媒体に設けられる案内溝の影響を考慮していない。この案内溝は通常、記録層に隣接する各記録スタックのトラッキング用に設けられる。放射線はこれらの溝によって回折されるため、反射／透過測定ステップでは回折光のわずかな部分しか回収されない（あるいは全く回収されない）。従って回折は、見かけ上吸収として認識される。回折は、プッシュプル、トラッククロスのようなトラッキング信号を生じさせるために用いられるが、これらの信号は、スタック間の切り替えの際のサーボシステムの調整労力を軽減するため、両スタックにおいて同等の強度であることが好ましい。これは、両層において、反射／吸収測定によって同程度の光が損失することを意味する。これは、吸収値の指標範囲およびk/d範囲が、実際には許容される上限であることを意味する。その範囲は、回折ロスが全く生じないと仮定して導出されているからである。
波長λで、複素屈折率
Figure 0004330538
 を有し、厚さdL1 を有する追記型L 1 記録層の場合、以下の式が成り立つ。
Figure 0004330538
 ここでkL1λは、L1記録層の吸収率である。
波長λで、複素屈折率
Figure 0004330538
 を有し、厚さdL1 を有する追記型L 0 記録層の場合、以下の式が成り立つ。
Figure 0004330538
 ここでkL0λは、L0記録層の吸収率である。
上記の解析は、低いk値（k＜1）の場合、より精度が高まり、k＞1の場合、提案式の精度は悪くなることに留意する必要がある。ただしこの場合でも提案式は大まかな近似には有益である。また記録層の厚さdL0およびdL1を定義するには、別の記述が必要であることに留意する必要がある。例えばスピンコートによる記録層の成膜時の平滑化処理のため、例えばグルーブ内の記録層厚さは、案内溝同士間の位置での厚さとは異なるからである。そこでここでは記録層の厚さを、記録および読み出し時に、集束放射線スポットが存在する位置での厚さとして定義する。
ジュアル層(スタック)DVD-ROMディスクの仕様に合致した追記型ジュアルスタック光データ記憶媒体を得るには、λが約655nm、Rmin=0.18であって、kL0λおよびkL1λは、式（9）と式（10）を満たす必要がある。
ジュアルスタックブルーレイディスク（BD）の(予想)仕様に合致した追記型ジュアルスタック光データ記憶媒体を得るには、λが約405nm、Rmin=0.04であって、kL0λおよびkL1λは、式（9）と式（10）を満たす必要がある。
単一層反射の仕様と互換性があるジュアルスタックブルーレイディスクの場合、λが約405nm、Rmin=0.12であって、kL0λおよびkL1λは、式（9）と式（10）を満たす必要がある。直前の3段落で示した媒体の場合、0.7*dL0＜dL1＜1.3*dL0であることが好ましい。
本発明は片側ジュアルスタック媒体に限定されるものではないことに留意する必要がある。すなわち基板厚さを変更して、例えば本発明による2枚の片側ジュアルスタック媒体を相互に接合して、厚さ要求仕様を満足する両側ジュアルスタック媒体を構成しても良い。
本発明は、添付図面を参照した以下の説明によってより明らかとなるであろう。
図1にはジュアルスタック光データ記憶媒体10を示す。この媒体には、例えばレーザー光線9のような、波長λの集束放射線を用いて記録を行う。記録時にはレーザー光線は、媒体10の入射面8から入射する。媒体10は基板1および7を有し、基板1は第1の記録スタック2の側に設置され、基板7は第2の記録スタック5の側に設置され、第1の記録スタック2は、L0と称され、波長λで光反射値RL0および光吸収値AL0を有し、第2の記録スタック5は、L1と称され、波長λで光反射値RL1および光吸収値AL1を有する。
透明スペーサ層4は、記録スタック2と5の間に設置され、前記透明スペーサ層4は厚さが50μmであって、集束レーザー光線9の焦点深さよりも実質的に厚い。吸収値は、以下の式を満たす：AL1≦1-Rmin-√(Rmin/RL0)。ここでRminは、各記録スタックの最小必要実効光反射値である。
第1の記録スタック2は、追記型L0記録層3を有し、この層は例えばアゾ色素または他の適当な色素からなる。案内溝は、第1の基板1またはスペーサ層4に設置され、L0記録層3と基板1との間には第1の高反射層が設置される。第2の基板7は、第2の記録スタック5の片側に設置され、このスタックは、例えばアゾ色素または他の適当な色素からなる追記型L1記録層6を有する。第2のL1記録スタック5は、L0記録スタック2よりも入射面8に近い位置に設置される。第2の案内溝は、第2の基板7またはスペーサ層4に設置される。L0を有する第1の基板1は、接合層として機能する透明スペーサ層4を介してL1を有する基板と接合される。各L0／L1スタックの最適設計は以下のように行われる。
（実施例1）Rmin=0.18、λ=655nmのDVD追記型ジュアルスタック
（層の積層順）：
-厚さ0.60mmのPCからなる基板1、
-100nmのAg（n=0.16-5.34i）からなる反射層、ただしAg、Au、Cu、Al、またはこれらの合金であっても良い反射層、
-厚さ80nmのアゾ色素からなるL0記録層3で、放射線波長655nmでの色素の屈折率は2.24-0.02iであるL0記録層3、
-厚さ10nmのAgからなる第1の半透明反射層、ただしAg、Au、Cu、Al、またはこれらの合金であっても良い第1の半透明反射層、
-厚さ50μmの透明UV硬化樹脂からなるスペーサ層4、
-厚さ10nmのAg、Au、Cu、Al、またはこれらの合金からなる第2の半透明反射層、
-厚さ80nmのアゾ色素からなるL1記録層6で、放射線波長655nmでの色素の屈折率は2.24-0.02iであるL1記録層6、
-厚さ0.58mmのPCからなる基板7。
このスタック構造は、以下の反射、吸収および透過値を有する：
AL0=0.4
AL1=0.2
RL0=0.6
RL1=0.2
TL1=0.6
TL0=0。
これは式AL1≦1-Rmin-√(Rmin/RL0)＝1-0.18-√(0.18/0.6)＝0.27を満たしている。またkL0λ*dL0=1.6nm≦｛λ*ln[1/(Rmin+√(Rmin))]｝/(4π)＝26.4nm、kL1λ*dL1=1.6nm≦｛｛λ*ln[1/(Rmin+√(Rmin))]｝/(4π)｝=26.4nmである。
第1の半透明反射層は、SiO2層であっても良く、この層は例えば20nmの厚さを有する。別の誘電体を用いても良い。別の実施例では、第1の半透明反射層は、存在しない。また、記録層と反射および／または半透明反射層の間に追加の誘電体層が設置されても良い。第2の半透明層は、誘電体層(例えばSiO2)または半導体（例えばSi）層であっても良い。さらに追加誘電体層は、記録層と第2の半透明反射層との間および／または第2の半透明反射層とスペーサ層との間および／または記録層と基板7との間に設置されても良い。
以下の例は、本発明の一部を構成するものではないが、本発明の理解に有益な背景技術として示す。
（例）Rmin=0.12、λ=405nmのBD追記型ジュアルスタック
（層の積層順）：
-厚さ1.1mmのPCからなる基板1、
-100nmのAg（n=0.17-2i）からなる反射層、ただしAu、CuまたはAlであっても良い反射層、
-厚さ50nmの有機色素からなるL0記録層3で、放射線波長405nmでの色素の屈折率は2.4-0.04iであるL0記録層3、
-厚さ20nmのSiO2からなる第1の透明誘電体層であって、他の誘電体（Si3N4、ZnS-SiO2、Al2O3、AlN）であっても良い第1の透明誘電体層、
-厚さ25μmの透明UV硬化樹脂からなるスペーサ層4、
-厚さ50nmの有機色素からなるL1記録層6で、放射線波長405nmでの色素の屈折率は2.4-0.04iであるL1記録層6、
-厚さ20nmのSiO2からなる第2の透明誘電体層であって、他の誘電体（Si3N4、ZnS-SiO2、Al2O3、AlN）であっても良い第2の透明誘電体層、
-厚さ0.075mmの基板7であって、本実施例では被覆層とも呼ばれる透明UV硬化樹脂からなる基板7。
このスタック構造は、以下の反射、吸収および透過値を有する：
AL0=0.6
AL1=0.2
RL0=0.4
RL1=0.2
TL1=0.6
TL0=0。
これは、式AL1≦1-Rmin-√(Rmin/RL0)＝1-0.12-√(0.12/0.4)＝0.33を満たしている。またkL0λ*dL0=2nm≦｛λ*ln[1/(Rmin+√(Rmin))]｝/(4π)＝24nm、kL1λ*dL1=2nm≦｛｛λ*ln[1/(Rmin+√(Rmin))]｝/(4π)｝=24nmである。
図2には、両記録スタックL0およびL1の最小実効反射Rminの関数としての、L1AL1maxの最大許容吸収のグラフを示す。Rminの到達し得る最大値は、0.38であることに留意する必要がある。この値は、L1スタックがもはや吸収を示さない状態を表す。従ってこの値での記録は不可能である。またこの場合、L0スタックも吸収を示さず、最大反射を示す（RL0=1）。
図3には、L0およびL1の実効反射率の関数として、L0およびL1の好ましい吸収値が、L1における最大許容吸収と比較して示されている。この好ましい吸収の図は式（6）および（7）を示している。
図4には、L0およびL1の実効反射率の関数として、AL0とAL1の比を示す。この比は、1.5乃至2.5の範囲にあることが好ましく、1.5乃至2.0の範囲にあることがより好ましい。
図5には、ジュアルスタック光データ記憶媒体10の記録層3、6の概略構成図を示す（図1参照）。光学放射線の光路が示されている。L0とL1での吸収は、主として記録層の厚さdLおよび記録層材料の吸収率kLλで決まる（kLλは、複素屈折率nLλの虚部である）。記録スタック内での吸収を算定するため、想定されるジュアル層スタック構造の細部の影響を無視し、以下のように単純化する。（i）記録層内の干渉効果を無視する、（ii）追加層が設置された場合、想定される追加層での吸収を無視する、（iii）記録層は、複素屈折率n0およびn2の2の半無限媒体間に設置される。通常、上部を覆う媒体は、透明であり（L1の場合は基板、L0の場合はスペーサ層）、底部の媒体は透明（L1の場合はスペーサ層）、あるいは高反射性（L0の場合は反射層）である。またこの層内での光学放射線の吸収は、式（8）によって表されるdLとkLの両方に指数関数的に依存する。
図6には、解析によって得られた記録層厚さに対する吸収の結果を示す。実線は計算値を示し、破線は式（9）の近似値を示している。L1スタックの場合は近似値は良好な結果を示し、L0スタックの場合も許容できる結果を示していることがわかる。
図7には、各Rmin値に対する記録層厚さdLに対するL1記録層の最大許容k値を示す。
図8にはRmin=0.18の場合の結果のみが抽出して示されており、許容k値の領域はハッチで示されている。
図9には、BDについての同様のグラフをDVDの場合と比較して示す。
上記の実施例は、例示であって本発明を限定するものではなく、添付の特許請求の範囲から逸脱しないで、当業者には、多くの変更例が実施できることに留意する必要がある。請求項において、カッコ内のいかなる参照符号も請求項を限定するものと解してはならない。「有する」という言葉は、請求項に記載の構成物またはステップ以外の存在を否定するものではない。「ひとつの」という構成物の前の言葉は、そのような構成物が複数あることを否定するものではない。ある手段が相互に異なる従属項に記載されているということだけで、これらの手段の組み合わせに有意性がないものとみなしてはならない。
本発明では、波長λの集束放射線を用いて記録を行うジュアルスタック光データ記憶媒体について示した。記録時に、光線は媒体の入射面を通って入射する。媒体は、少なくとも1の基板を有し、この基板の片側には、追記型L0記録層を有しL0と称する第1の記録スタックが設置され、前記第1の記録スタックL0は、波長λで光反射値RL0および吸収値AL0を有し、媒体は、追記型L1記録層を有しL1と称する第2の記録スタックを有し、前記第2の記録スタックL1は、波長λで光反射値RL1および吸収値AL1を有し、記録スタックの間には透明スペーサ層が設置される。Rminを各記録スタックの最小必要実効光吸収値としたとき、式AL1≦1-Rmin-√(Rmin-RL0)を満足させることにより、再生専用型（ROM）媒体との完全互換性を得ることができる。
本発明によるジュアルスタック光データ記憶媒体の構成概略図である。 ジュアルスタックディスクの両層の最小実効反射率の関数としてのL1での最大許容吸収率を示す図である。 L0およびL1の実効反射率の関数としての、L1での最大許容吸収率に対するL0およびL1での好ましい吸収率を示す図である。 実効反射率の関数としてのL0およびL1での光吸収値の比を示す図である。 記録層内の干渉効果を無視したときの、記録層での光学放射線の吸収を示す概略図である。 L1型スタック（左）およびL0型スタック（右）に対する式（9）の計算吸収値と近似値の比較である；実線：計算値、破線：近似値。 DVD仕様範囲にあるレーザー波長での各実効反射率におけるL1記録層の厚さに対する許容kの最大値である。 DVD仕様（レーザー波長655nm、Rmin=18%）に適合するジュアルスタック媒体のL1記録層の厚さに対する許容kの範囲図である。 DVD互換性（R=18%）、およびBD互換性（R=4%）ジュアル層ディスクの最大許容k値である。

Claims (3)

  1. 記録時に、約655nmの波長λの集束放射線を入射面に入射させて記録を行うジュアルスタック光データ記憶媒体であって、
    当該ジュアルスタック光データ記憶媒体の片側に設置された、少なくとも1つの基板、
    追記型記録層を有する第1の記録スタックL 0 であって、波長λで光反射値RL0および光吸収値AL0を有し、前記追記型記録層は、波長λで複素屈折率
    Figure 0004330538
     を有し、厚さdL0 を有する第1の記録スタック、
    追記型記録層を有する第2の記録スタックL 1 であって、波長λで光反射値RL1および光吸収値AL1を有し、前記追記型記録層は、波長λで複素屈折率
    Figure 0004330538
     を有し、厚さdL1 を有し、前記第1の記録スタックよりも前記入射面に近い位置に設置された第2の記録スタック、および
    前記記録スタック間に設置された透明スペーサ層であって、該透明スペーサ層の厚さは、実質的に、前記集束放射線の焦点深さよりも厚い透明スペーサ層、
    を有し、
    式Rmin ＝0.18としたとき、
    AL1≦1−Rmin−√(Rmin/RL0)
    であり、
    k L0 λ ≦｛λ*ln[1/(R min +√(R min ))]｝/(4π* d L0 )、および
    k L1 λ ≦｛λ*ln[1/(R min +√(R min ))]｝/(4π* d L1 )
    を満たすことを特徴とする、ジュアルスタック光データ記憶媒体。
  2. AL1≦AL0であることを特徴とする請求項1に記載のジュアルスタック光データ記憶媒体。
  3. 1.5AL1≦AL0≦2.5AL1であることを特徴とする請求項2に記載のジュアルスタック光データ記憶媒体。
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