JP4442327B2 - 光記録媒体の信号記録方法 - Google Patents

Description

この発明は、光学的に検出可能な情報を記録した光記録媒体の信号記録方法に関するものである。

現在、情報記録の高密度化、大容量化が進む中で、光記録媒体は有望視されている。光記録媒体は用途に応じて再生専用型、追記型、書き換え型の３種類に大別できる。そのうち、書き換え型の光記録媒体は、記録済の情報を消去して書き換えることができるものである。書き換え型の光記録媒体のうち代表的なものは、相変化型光記録媒体である。

一般的に、相変化型光記録媒体は、ポリカーボネート基板の一主面上に、誘電体層、続いて相変化記録層、続いて誘電体層、続いて反射冷却層、続いて紫外線硬化樹脂層が順次に積層された構造をとる。基板の側から記録層に照射されたレーザー光のパルス出力とパルス幅に対応して、その照射部の相状態を、例えば、結晶状態と非結晶状態との間で可逆的に移行又は相転移させて情報の記録又は消去がなされる。

相変化型光記録媒体は、その製造工程において、それを構成する各層をスパッタリングにより形成した後に、相変化記録層を全面的に結晶化した状態とする初期化工程が行われる。結晶化のためには、１５０°Ｃ〜２００°Ｃの高温とする必要がある。

ＣＰＲＭ（Content Protection for Recordable Media)は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）規格で採用されているコピープロテクション技術である。ＣＰＲＭ対応の光記録媒体例えばＤＶＤ−ＲおよびＤＶＤ−ＲＷでは、リードイン領域内の最内周位置に設けられたＮＢＣＡ(Narrow Burst Cutting Area)に、媒体１枚ごとに媒体を識別する固有のＣ
ＰＲＭ識別コード（以下、メディアＩＤと称する）が記録され、リードイン領域内のエンボスまたはプリ記録データゾーンに、ＭＫＢ（Media Key Block)が記録されている。

記録時には、メディアＩＤとＭＫＢを演算することで暗号化鍵データを生成し、この暗号化鍵データで記録コンテンツを暗号化する。ＣＰＲＭ対応に対応した機器では、コンテンツを再生する際に、メディアＩＤとＭＫＢを演算することで暗号化鍵データを生成して暗号化鍵データを生成し、これを使ってコンテンツを復号する。したがって、コンテンツをまるごとコピー（Bit-by-bit copy ）しても、メディアＩＤが異なるために、復号用の鍵データを生成できず、コンテンツを復号できない。

例えば、下記の特許文献１には、ＮＢＣＡ領域にメディアＩＤを記録する方法が記載されている。相変化型光記録媒体の場合、初期化工程において、ＣＰＲＭ対応メディアのＮＢＣＡ領域にパルス状のレーザーを照射することによりアモルファス部分を部分的に残すことで、バーコード状のメディアＩＤが形成される。

特開２００１−２２９５４２号公報

初期化工程を行うのは、相変化型光記録ディスクの各層をスパッタ形成した後の記録層が非結晶状態にあり、この状態のままでは、反射率が低く、所要のレベルのサーボ信号が得られないこと、また消去レベルのレーザー光を照射しても結晶状態への移行が充分ではない等の問題があるためである。

初期化工程は、ディスク１枚ごとにレーザー照射により行うため、一般には、記録時、または再生時に照射するレーザー光のスポット径に比して大きなスポット径で照射して、初期化時間をできる限り短くして記録層の全面を結晶化することにより行われている。例えばスポットの幅が１μｍで、ディスクの径方向に２００〜２５０μｍの長さのレーザー光が照射される。

しかしながら、メディアＩＤの記録時においてレーザーパワーのみを初期化条件のパラメーターとした場合、大口径のレーザーを用いているために局所的な温度分布が生じ、アモルファス部と結晶部の境界がシャープな、バーコード状のメディアＩＤを記録することが困難な問題があった。

この発明は、上述した課題を解決するために、記録層の非晶相と結晶相との間の相変化により情報を記録する光記録媒体に対して記録層を結晶化させる初期化工程を行い、該初期化工程において、媒体を識別するバーコード状の識別情報を記録する光記録媒体の信号記録方法であって、
記録層がアンチモンとテルルの共晶系材料と添加元素を含む単一の層であって、
記録層の所定の領域に対して、パワーが１１００ｍＷ以上とされたパルス状のレーザー光を、合焦位置から絶対値で３μｍ以上９μｍ以下オフセットした位置にフォーカス制御しながら照射することにより、非晶相と結晶相とが交互に位置する識別情報を記録する光記録媒体の信号記録方法である。

この発明によれば、デフォーカスさせることによって、温度分布を一様とすることができ、アモルファス部と結晶部の境界がシャープな識別コードを記録できる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。この発明を適用できる相変化型光ディスクのいくつかの例について説明する。図１は、基板１の一主面上に、誘電体膜２、続いて記録膜３、続いて誘電体膜４、続いて反射膜５、続いて保護層６が順次に積層された、ＣＤ（Compact Disk）系の光記録媒体の構造を示している。

図２は、基板７の一主面上に、反射膜８、続いて保護層（接着層）９、続いて反射膜１０、続いて誘電体膜１１、続いて記録膜１２、続いて誘電体膜１３、続いて基板１４が順次に積層されたＤＶＤ系の光記録媒体の構造を示している。

図３は、基板１５の一主面上に、反射膜１６、続いて誘電体膜１７、続いて記録膜１８、続いて誘電体膜１９、続いて光透過層２０が順次に積層されたＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ
Ｄｉｓｃ（商品名））系の光記録媒体の構造を示している。

例えば図１の光記録媒体において、基板１の材料としては、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂等のプラスチック材料がコスト等の点で優れているので使用される。但し、ガラスを用いることもできる。基板１の作成には、射出成型法（インジェクション法）や紫外線硬化樹脂を使うフォトポリマー（２Ｐ法）を用いることができる。これ以外にも所望の形状と光学的に十分な基板表面の平滑性が得られる方法を使用できる。

記録膜３の記録が形成される側の面には、凹凸の溝が形成されていてもよい。溝は、ディスク径方向に微小な振幅でウォブリングされたウォブルグルーブとされている。溝の情報としてアドレスが記録されており、アドレスに基づいて、レーザービームがディスク上の任意の位置へと移動できる。溝形状は、スパイラル状、同心円上、ピット列等、各種の形状が適用可能である。

誘電体膜２および誘電体膜４に用いる材料としては、記録再生用レーザーの波長に対して吸収能のないものが望ましく、具体的には、消衰係数ｋの値が0.3 以下である材料が好ましい。かかる材料としては、例えばＺｎＳ−ＳｉＯ2 混合体（特にモル比約４：１）を挙げることができる。ただし、ＺｎＳ−ＳｉＯ2 混合体以外にも従来から光記録媒体に用いられている材料が誘電体膜２および誘電体膜４に適用可能である。

誘電体膜２および誘電体膜４には、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｂ（ホウ素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｐｂ（鉛）、Ｃａ（カルシウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）等の金属または半金属等の元素の窒化物、酸化物、炭化物、フッ化物、硫化物、窒酸化物、窒炭化物、および酸炭化物等からなる層、並びにこれらを主成分とする層を用いることができる。

具体的に挙げると、ＡｌＮ_x（０．５≦ｘ≦１）、特にＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ_3-x（０≦ｘ≦
１) 、特にＡｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ_4-x(０≦ｘ≦１）、特にＳｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ_x（１≦ｘ≦２）、特にＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）、ＳｉＯ（一酸化ケイ素）、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃（三酸化二
イットリウム）、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＴｉＯ_x（１≦ｘ≦２）、特にＴｉＯ₂ 、ＢａＴｉＯ₃、ＳｔＴｉＯ₃、Ｔａ₂Ｏ_5-x（０≦ｘ≦１）、特にＴａ₂ Ｏ₅、ＧｅＯ_x（１≦ｘ≦２)、ＳｉＣ、ＺｎＳ、ＰｂＳ、Ｇｅ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ−Ｏ、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ、ＣａＦ₂、ＬａＦ、Ｍｇ
Ｆ₂、ＮａＦ、ＴｈＦ₄等である。これらからなる層およびこれらを主成分とする層が適用が可能である。また、これらの混合物、例えばＡｌＮ−ＳｉＯ₂からなる層を誘電体層と
することも可能である。

なお、図４に示すように、基板２１の一主面上に反射膜２２、続いて誘電体膜２３、続いて誘電体膜２４、続いて記録膜２５、続いて誘電体膜２６、続いて誘電体膜２７、続いて光透過層２８が順次に積層された光記録媒体のように、誘電体膜を２層とすることも可能である。これらの膜厚は、それぞれ５０〜２５０ｎｍ、５〜３０ｎｍが好ましく、具体的には、それぞれ８０ｎｍ、２０ｎｍ程度がよい。また、図４には示されていないが誘電体膜を３層とすることも可能である。

さらに、反射膜５（熱拡散層）は、金属または半金属からなる。これらは、反射としての機能を考慮すると、記録再生用レーザーの波長に対して反射能を有し、熱伝導率が0.0004（Ｊ／ｃｍ・Ｋ・ｓ）〜4.5 （Ｊ／ｃｍ・Ｋ・ｓ）からなる値を有する金属元素、半金属元素、およびそれらの化合物又は混合物からなることが好ましい。

例示するならば、Ａｌ、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｓｉ、Ｔａ、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｇｅ等の単体、又はこれらを主成分とする合金を挙げることができる。これらのうち、特にＡｌ系、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｓｉ系、Ｇｅ系の材料が実用性の面から好ましい。合金としては、例えばＡｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉ、Ｓｉ−Ｂ等が挙げられる。

これらの材料を光学特性および熱特性を考慮して設定する。一般的に、材料の膜厚を光が透過しない程度の厚さ（例えば５０ｎｍ以上）に設定すると、反射率が高くなりまた熱が逃げやすくなる。特にＡｌ系やＡｇ系材料は、短波長領域においても高反射率を有するので、好適である。また、反射膜を２層膜とすることも可能である。更に、２層以上の多層構造とすることも可能である。これにより光学設計が容易となり、かつ、熱特性とのバランスもとりやすくなる。この膜厚は、５０〜２５０ｎｍが好ましく、具体的にはそれぞれ１４０ｎｍ程度がよい。

上記記録膜３は、相変化材料により形成される。相変化材料は、レーザービームの照射を受けて、可逆的な状態変化を生じる材料である。例えば、アモルファス状態と結晶状態の可逆的な状態変化を生じるものが好ましい。例えば、カルコゲン化合物、あるいは単体のカルコゲン等である。

この発明の一実施形態においては、Ｓｂ、Ｔｅの共晶系材料をベースに添加水素を加えたものが使用される。具体的には、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｇ- Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｕ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｐｄ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｓｅ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｂｉ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｃｏ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ａｕを含む系、またはこれらの系に、窒素、酸素等のガス添加物を導入した系等を挙げることができる。添加元素は、信頼性などの特性向上が可能となる一方で信号などの特性の低下を招くことから、５atm％以下が好適である。

なお、図５に示すように、基板２９の一主面上に反射膜３０、続いて誘電体膜３１、続いて誘電体膜３２、続いて記録膜３３、続いて誘電体膜３４、続いて誘電体膜３５、続いて光透過層３６、続いて反射膜３７、続いて誘電体膜３８、続いて誘電体膜３９、続いて記録膜４０、続いて誘電体膜４１、続いて誘電体膜４２、続いて光透過層４３が順次に積層された構造を有する光記録媒体のように、記録膜を連続する２層以上の異なる層（材料、組成、複素屈折率のいずれかが異なる）で構成してもよい。また、保護層６は、例えば紫外線硬化型樹脂等により形成される。

スパッタリング等により、上記のような構造を備える光記録媒体を作成し、以下のような初期化処理を行う。

初期化処理は、高出力、大口径レーザーを用い上記光学記録媒体の全面を結晶化させる処理である。例えば、相変化型光記録ディスクを一定の線速度で回転させながら、その基板面の側に対して、出力パワーが約４Ｗの大口径レーザーから、レーザスポット光束が約（２４０ｘ１）μｍのレーザー光を照射する。半径方向に送り速度が約２００μｍ／ｆｅｅｄとされる。これにより、レーザー光は、相変化型光記録ディスクの円周方向、および半径方向のいずれの領域にも照射される。

ディスク回転時の線速度および照射パワーは、初期化装置の能力、光記録媒体の膜構造および信号特性等に基づいて、最適値が選ばれる。また、送り速度は、レーザースポット径と処理時間との関係から、最適な速度が選ばれる。

この発明の一実施形態においては、初期化工程において、ＮＢＣＡ領域にメディアＩＤを書き込む。例えば、６μｍにデフォーカスしてパルス状のレーザー光を照射することでバーコード状のメディアＩＤを形成する。合焦状態でのデフォーカス量を０とし、フォーカス位置が下側にずれた場合のデフォーカス量の極性をプラスとし、フォーカス位置が上側にずれた場合のデフォーカス量の極性をマイナスとする。図６は、メディアＩＤの記録パルスの一例を示す。図６において、Ｉ１は、アモルファス部分に対応するレベルを示す。Ｉ２は、結晶への相変化に対応するレベルを示す。フォーカス検出およびフォーカス制御は、図６に示す記録レーザ光の戻り光を使用するか、または、別個のレーザ光発生装置とフォーカスエラー検出器等からなるフォーカスサーボ装置を使用しても良い。

フォーカスサーボ装置は、ディスクからの戻り光に基づいて、フォーカスエラーを検出し、フォーカスエラーが０、すなわち、デフォーカス量が０の合焦状態となるように、フィードバック制御を行う。例えばフォーカスサーボ装置の基準信号のレベルまたはフォーカスエラー信号のレベルに対して、オフセットを加えることによって、オフセットに対応するデフォーカス量が発生させることができる。デフォーカス量を６μｍとすることができ，この状態となるように、フォーカスサーボ装置が対物レンズを上下動させる。実際には、初期化装置の構成において、デフォーカス量を設定することが可能とされている。なお、対物レンズデフォーカス量が大きすぎると、フォーカスサーボが制御できなくなるので、デフォーカス量は、９μｍ以下が好ましい。

また、デフォーカスする方向は、レーザーを記録膜面から遠ざける方向でも近づける方向の何れの方法でも良い。線速度および照射パワーは、初期化装置能力および光学記録媒体の膜構造ならびに信号特性から最適値が選ばれる。送り速度は、レーザースポット径と処理時間との関係から最適な速度が選ばれる。

以下、この発明の実施例について説明する。

以下、図２に示す光ディスクに対してこの発明を適用した一実施例について説明する。第１の基板１４は、射出成形により得られたポリカーボネートからなる基板であり、直径１２０ｍｍで０．６ｍｍの厚さを持ち、基板１４からの読み出されるための信号が溝情報とともにスタンパーにより記録されている。

第１の基板１４に第１の誘電体膜１３として、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜がスパッタリング法
により８０ｎｍ成膜される。続いて相変化記録膜１２として、ＳｂＴｅの共晶材料にＧｅを添加したＧｅ５Ｓｂ７５Ｔｅ２０膜を１５ｎｍ成膜する。続いて、第２の誘電体膜１１としてＺｎ−ＳｉＯ₂膜をスパッタリングにより１４０ｎｍ成膜する。第２の誘電体膜１
１に対して反射膜１０を成膜する。

次に、光記録媒体の成膜面側のＡｌ合金膜状に、ディスク中心から最外周約１５ｎｍ〜６０ｍｍ間での範囲に、紫外線硬化樹脂９をスピンコーターにより塗布する。一方、ポリカーボネートからなり、反射膜８が成膜された０．６ｍｍ厚さの第２の基板７を第１基板上の紫外線硬化樹脂９に合わせるように張り合わせた。この状態で、張り合わせたディスクの第２の基板７からＵＶランプにて約１秒間照射して硬化させた。

このように作製した光ディスクに、初期化装置を用いてＮＢＣＡ領域にメディアＩＤを書き込んだ。対物レンズを記録膜面から遠ざける方向に６μｍデフォーカスした状態で初期化レーザーパワーを１０００ｍＷ、１１００ｍＷ、１２００ｍＷ、１３００ｍＷ、１４００ｍＷと条件を変化させてＮＢＣＡ領域にメディアＩＤを書き込んだサンプルをそれぞれ作製した。線速度は４．５ｍ／ｓ送り量は２０μｍ/ 回転とした。

メディアＩＤを書き込む時に、対物レンズを記録膜面から遠ざける方向に３μｍデフォーカスした以外は、実施例１と同様に光記録媒体を作製した。

メディアＩＤを書き込む時に、対物レンズを記録膜面から近づける方向に６μｍデフォーカスした以外は、実施例１と同様に光記録媒体を作製した。

比較例

メディアＩＤを書き込み時に、デフォーカスしなかった以外は、実施例１と同様に光記録媒体を作製をした。

これらの実施例および比較例のサンプルのＮＢＣＡ領域を顕微鏡観察し、図７に示す評価基準により記録状態を３段階に評価した。図７Ａに示す記録状態が良好な状態４４をＡと表記し、図７Ｂに示す一部アモルファス部分が残った状態４５をＢと表記し、図７Ｃに示すアモルファス部分が残りバーコードの境界がつながった状態４６をＣと表記する。図７は、ＮＢＣＡ領域の一部を示し、例えば図７の記録された領域の下端がディスクの内周側の位置（中心から２２．７１mmの位置）であり、上端がディスクの外周側の位置（中心から２３．５１mmの位置）である。

表１は、その結果を示した表である。

デフォーカス量が−６μｍ、＋３μｍ、＋６μｍの場合で、レーザパワーが１１００ｍＷ〜１４００ｍＷの場合に、メディアＩＤを良好に記録することができる。デフォーカスによってメディアＩＤを良好に記録することができるのは、スポットの照射範囲での温度分布のムラを減少させることができるためと考えられる。

この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えばこの発明は、ＤＶＤ−Audioに適用される保護システムであるＣＰＰＭ(Content Protection for Pre-recorded
Media) に対しても適用できる。さらに、この発明は、これらの著作権保護システムに対
応のディスクに限らず、ディスクに固有の識別コードを記録する場合に対して適用できる。

この発明を適用することができる光記録媒体の第１の例の概略断面図である。 この発明を適用することができる光記録媒体の第２の例の概略断面図である。 この発明を適用することができる光記録媒体の第３の例の概略断面図である。 この発明を適用することができる光記録媒体の第４の例の概略断面図である。 この発明を適用することができる光記録媒体の第５の例の概略断面図である。 メディアＩＤを記録するためのパルス信号の一例を示す波形図である。 メディアＩＤの記録状態を拡大して示す略線図である。

符号の説明

７・・・基板
８・・・反射膜
９・・・保護層（接着層）
１０・・・反射膜
１１・・・誘電体膜Ａ
１２・・・記録膜
１３・・・誘電体膜Ｂ
１４・・・基板
１５・・・基板
１６・・・反射膜
１７・・・誘電体膜Ａ
１８・・・記録膜
１９・・・誘電体膜Ｂ
２０・・・光透過層
４４・・・良好な状態
４５・・・一部アモルファス部分が残った状態
４６・・・アモルファス部分が残りバーコードの境界がつながった状態

Claims (3)

1. 記録層の非晶相と結晶相との間の相変化により情報を記録する光記録媒体に対して記録層を結晶化させる初期化工程を行い、該初期化工程において、媒体を識別するバーコード状の識別情報を記録する光記録媒体の信号記録方法であって、
   上記記録層がアンチモンとテルルの共晶系材料と添加元素を含む単一の層であって、
   上記記録層の所定の領域に対して、パワーが１１００ｍＷ以上とされたパルス状のレーザー光を、合焦位置から絶対値で３μｍ以上９μｍ以下オフセットした位置にフォーカス制御しながら照射することにより、非晶相と結晶相とが交互に位置する上記識別情報を記録する光記録媒体の信号記録方法。
2. 請求項１に記載の信号記録方法において、
   上記記録層がアンチモンとテルルの共晶系材料と５atm ％以下の添加元素を含む光記録媒体の信号記録方法。
3. 請求項１に記載の信号記録方法において、
   上記記録層がアンチモンとテルルの共晶系材料と５atm ％以下のゲルマニウムを含む光記録媒体の信号記録方法。

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