JPH01165047A - 光記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速消去可能で、かつ繰り返し回数の大きな
、書換え型光記録媒体に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、情報記録の高密度化、大容量化に対する要求が高
まり、国内外でその研究開発が盛んに行われているが、
とくにレーザを光源として用いる光ディスクは、従来の
磁気記録媒体に比べておよそ１０〜１００倍の記録密度
を有し、しかも記録、再生ヘッドと記録媒体とが非接触
状態で情報の記録。

再生ができるために記録媒体の損傷も少なく、長寿命で
あるなどの特徴があることから、膨大な情報量を記録、
再生する手段として有望である。

この光ディスクは用途に応じて再生専用型、追記型、書
換え型の３種類に大別することができる。

再生専用型は情報の読み出しのみが可能な再生専用ディ
スクであり、追記型は必要に応じて情報を記録し再生す
ることはできるが、記録した情報の消去は不可能なもの
である。これに対して書換え型は情報の記録、再生とさ
らに記録済みの情報を消去して書換えることが可能であ
り、コンピュータ用のデータファイルとしての利用が望
まれ、最も期待の大きいものである。

書換え型のディスクについては、光磁気方式と相変化方
式の２つの記録方式の開発が進められているが、いずれ
の方式も記録材料や書込み機構などの点でなお改良の余
地が残されている。これらのうち、相変化方式は一触に
レーザ光をディスクの記録面に集光して加熱し、レーザ
光のパルス出力とパルス幅とを制御することによって生
ずる記録材料の相変化、すなわち結晶状態から非結晶状
態への移行または相転移などを起こさせ、それぞれの状
態における反射率の違いで情報の記録と消去を行うもの
である。

この相変化方式の光記録媒体の要部構成の一例を第３図
の模式断面図に示す、第３図において、図示してない多
くのトラッキング溝を設けたポリカーボネートなどの基
板１の表面にスパツクなどによりＳｉｎｇの第１の保護
層２を形成し、その上にＧｅＴｅの光記録材料層３と第
２の保護層４を設け、さらにその上にＭの冷却層５を形
成し、最上層に有機物の表面保護層６をつけた構造とし
ている。

すなわち第３図の光記録媒体は基板１上にこれら各層を
符号順に堆積することによって構成される。

光記録材料層３が二つの保護層２，４によってはさまれ
るようにするのは、信号の書き込み、消去の際、レーザ
光で加熱されて高温となった光記録材料が基板１と反応
することや蒸発、飛散するのを防止し、光記録材料の変
質を生じさせないためである。また光記録媒体の中には
冷却層５をもたないものもあるが、第２の保護層４と表
面保護層６の間に熱伝導性の良好なＭなどの冷却層５を
設けることにより、光記録材料が結晶状態から非結晶状
態へ変化するとき、溶融状態からの冷却速度を上げるの
に有効なことが知られている。その際第２の保護層４は
断熱層としての役・割も果たす。

断熱層としての第２の保護層４の厚さはこの光記録媒体
の特性を確保するために最適範囲を定めることが肝要で
あり、これを本発明者らは特願昭６２−４９３３７号に
より次のように開示している。すなわち断熱層の厚さＸ
は次式を満足することが必要である。

ＫｓＴｍ／Ｐ＜ｘ＜　２　Ｘ（Ｋｓｔ／ρ、Ｃ，）Ｉ／
！但しＫｓは断熱層の熱伝導率、　Ｔｍは光記録材料の
融点、Ｐはこの光記録媒体に照射される光の人力エネル
ギ密度、ｔは光の照射時間、ρ、は断熱層の密度、　Ｃ
ｓは断熱層の比熱である。

さらに本発明者らは基板１と第１の保護層２との間に高
い熱伝導率を有するＡ７Ｎなどの透明冷却Ｎ７を介在さ
せた光記録媒体を特許出願中である。

第４図はその構造を示した模式断面図である。第４図は
第３図と共通部分を同一符号で表わしてあり、基板１と
第１の保護層２との間に透明冷却層７が設けられている
ほかは第３図と全く同様に構成されている。この透明冷
却層７は、光記録材料層３に形成されるレーザスポット
から第１の保護層２を這って拡散する熱を基板１に達す
る前に、ここで水平方向に拡散させてしまうためのもの
であり、そのため基板１はほとんど温度上昇することな
く変質を生じない。したがってこの場合第１の保護層２
も断熱層としての役割を果たすことになり、その適正な
厚さ範囲は前述の特願昭６２−４９３３７号に開示した
Ｘに関する不等式を適用することができる。

なお透明冷却１１７を備えた第４図の光記録媒体では、
この透明冷却層７が光記録材料層３の結晶状態から非結
晶状態への変化に際して、冷却速度を高める働きもする
ので、冷却Ｎ５を省略することも可能である。

以上のような構造をもつ光記録媒体は、使用時にはレー
ザ光を基板ｌの光記録材料層３を有する側と反対の面か
ら入射させるのが普通である。そして実際に情報を書き
込むには、まず初期状態をフラッシュランプによる光照
射を行って光記録材料Ｎ３を結晶状態となし、次に情報
記録時にはこれに高出力、短パルスのレーザ光を１ｐφ
程度のスポット状に集光して照射し、光記録材料をスポ
ット状に溶融した後、レーザ光の照射を停止し、溶融ス
ポットを熱伝導により１０９〜ｂの冷却速度で急冷して
非結晶状態のスポットを形成する。記録した情報を消去
するときは、この非結晶状態のスポットを比較的低出力
のレーザ光を用いて昇温し結晶状態に戻す、このときの
照射時間は光記録材料の結晶化速度から定められる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

相変化方式の光記録媒体に用いる光記録材料にはこれま
で多くの材料が提案されているが、それらのうちＧｅＴ
ｅが結晶状態と非結晶状態との反射率差が大きく、記録
情報の安定性も高いことから有望と見られている。しか
しながら、本発明者らが検討した結果によれば、非結晶
状態のＧｅＴｅ自体Ｉ膜に、レーザ光を照射して完全に
結晶状態とするには最短でも０．５μｓｅｃのアニール
時間を要し、この材料を用いて光ディスクを作製し、ビ
ーム径が約１μφのレーザ光によって情報の消去を行う
場合にはディスクの周速を２ｍ／ＳｅＣ以下としなけれ
ばならない、しかるに一方で書き込み時の結晶状態から
非結晶状態への変化は０．１〜０．２μｌｅｃで行゛う
ことが可能であり、これは周速１０ｍ／ｓｅｃ〜５ｍ／
ｓｅｅに相当する。これらのことから光ディスクの周速
を大きくしてデータの転送速度を高めるには光記録材料
であるＧｅＴｅの結晶状態から非結晶状態とするアニー
ル時間すなわち消去時間を、結晶状態から非結晶状態へ
の変化時間すなわち書き込み時間と同程度にすることが
望ましい。そのためにはＧｅＴｅ自体の結晶化速度をさ
らに大きくしなければならない、またＧｅＴｅは固相状
態においても蒸気圧が高いので加熱、冷却を繰り返すと
次第に失われるようになり、書き込みと消去の繰り返し
回数が少なく　、１０００回程度７あることも問題であ
る。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は光記録材料のＧｅＴｅの結晶化速度を大きくするこ
とにより記録情報の消去時間を短縮し、光ディスクのデ
ータ転送速度を高めるとともに、情報の書き込み、消去
の繰り返し回数を増加させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は光記録材料層が保護層を介して冷却層およびま
たは透明冷却層を備えた構造をもつ光記録媒体の光記録
材料層の平均化学組成を次のごとく定めたものである。

一般式Ｇｅ、　Ｔｅ、　Ｍ、で表わされ、ＭはＮｉ＋　
Ｃｏ。

Ｃｕ、　　Ｆｅ、　　Ｖ、　　Ｃｒ、　　ＴＩ、　　Ｍ
ｎ、　　Ｚｎ、　　Ｙ、　　Ｍｏ、　　Ｐｄ、　　Ｐｔ
。

Ａｇ、　Ａｕ、　Ｒｈのうちの少なくとも一つであり、
０．４５（ｘ＋ｙ）　≦ｘ≦０．５５（ｘ＋ｙ）、　Ｏ
＜　ｚ≦１０．　’ｘ　＋　ｙ　＋　２−１００とした
ものである。

〔作用〕

前述のように光ディスクに情報を書き込む際には光記録
媒体の光記録材料層をレーザ光によりスボ−／　ト状に
加熱し、ここで−旦溶融させた後、熱伝導により急冷し
て非結晶状態とする。このとき、ＧｅＴｅに適量の遷移
金属元素などを添加した本発明による光記録材料はこの
遷移金属元素などが結晶成長の核となり、非結晶状態か
ら結晶状態への変化速度を非常にはやくするので、冷却
速度が十分に大きくないと溶融状態からの冷却中に結晶
化が進行して非結晶状態が得られなくなる。したがって
光記録材料に本発明による材料組成のものを用いる限り
、第３図、第４図のような冷却層や透明冷却層を少なく
とも一つ備えた光記録媒体としなければならない、これ
らの冷却層をもたない構造のものでは冷却速度が不十分
であり、情報の書き込みが困難となり、書き込むことが
できたとしてもその繰り返し回数が少なくなるからであ
る。

本発明の光記録媒体に用いる光記録材料の組成は基本的
にはＧｅとＴｅの１：１の化合物であるＧｅＴｅに遷移
金属元素などを添加したものであり、結晶化速度を高め
るとともに材料の粘性を高めて蒸気圧を小さくし、書き
込み、消去の繰り返しによる材料の消失を抑制する役割
も果たす、　ＧｅとＴｅの比率は１：１とするのが好ま
しいが、実際上は厳密にこれを実現するのは困難であり
、本発明における光記録材料の組成範囲内の変動に対し
ては光記録媒体のすぐれた特性を得ることができる。し
かし、この範囲からはずれた組成では消去時間が大きく
なるとともに材料に偏析が生じて書き込み。

消去の繰り返し回数も少なくなる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

本発明の光記録媒体は例えば第３図に示した構造のもの
とし、これに用いる光記録材料はＧｅＴｅに遷移金属元
素などを添加したものであるが、ここでは遷移金属元素
としてＮｉを選んだ。この光記録材料の薄膜は通常のＲ
Ｆマグネトロンスパフタにより容易に作製することがで
きる。再び第３図を参照して述べると、まず厚さ３ｍ、
直径１３０ｆｉのポリカーボネート製基板ｌの上に、厚
さ０．１−の第１の保護層２　（ＳｉＯｔ）、Ｇｅ＊ｓ
Ｔ＠＊ａＮｉ＊の組成をもつ厚さ０．０７−の光記録材
料層３．厚さ０．２−の第２の、保護層４　（Ｓｉｎり
、厚さ０．２−０Ｍの冷却Ｎ５の順にスパッタ形成し、
最上層に２鶴厚の有機材料の表面保護層６を形成した光
記録媒体を作製する。

この光記録媒体を用いて周速８　ｍ　／　３Ｂ（で回転
させながら、波長８３０ｎｍ、出力１０＋ｎＷのレーザ
光を照射した。光記録媒体面でのレーザスポット径は約
ＩＩ！ｍである。スパッタ直後の光記録材料層３は非結
晶状態であり、その光反射率は約１５％であったがこの
レーザ光照射によって光反射率は約５５％にまで上昇し
た０次に光記録媒体の同じ個所を同様の条件で再度レー
ザ光を照射したが反射率は５５％から変化が認められな
かった０反射率が１５９Ａから５５％へ増大したのは光
記録材料層３がレーザスポットの個所で非結晶状態から
結晶状態へ変化したためであり、再度のレーザ光照射に
対してその反射率を保持しているのは、最初のレーザ光
照射によって光記録材料の結晶化が十分に行われている
ことを示すものである。

以上のことを確認するために、上記と同じ組成をもつ光
記録材料膜をガラス基板上に形成し、１０’Ｃ／ｎ＋ｉ
ｎの速度で昇温しながら、反射率を測定した。その結果
を第１図に示す。第１図は光記録材料膜の温度に対する
反射率変化を示した線図であり、第１図から反射率は１
６０℃付近で急激に上昇することがわかる。この温度前
後における光記録材料膜の結晶形態をＸ線回折により調
べた所、反射率の上昇後に光記録材料膜は結晶化してお
り１、結晶は主としてＧｅＴｅが観測される。反射率の
値は上記の光記録媒体における反射率の値とほぼ対応し
ており、光記録媒体における光記録材料の結晶化が周速
８　ｍ　／　３ｅｃで可能であったことは結晶化に要す
る時間が０．１２５μｓｅｃ以下であることを示唆する
ものであり、これは前に述べた従来の０．５μｓｅｃに
比べて大きく改善されていることを意味する。情報の書
き込みを行った後、これを消去するときも同様に周速８
ｍ　／　ｓｅｃで行うことができた。すなわち、周波数
１．５　ＭＨ２のパルス入力を書き込んだとき、ＣＮ比
として５０ｄＢの値が得られたが、これを８　ｍ　／　
ｓｅｃで消去するとＣＮ比は約３ｄＢまで低下し、はぼ
完全に消去される。これは書き込みが結晶化した光記録
材料にレーザ加熱によって非結晶状態のスポットを形成
することであるという点を考慮すれば至極当然であると
言える。

このように本発明の光記録媒体は周速を従来の２ｍ／ｓ
ｅｃから１３　ｍ　／　５Ｉ３Ｇへ増すことにより、デ
ータの転送速度を０．２４ＭＢ／　ｓｅｃから０．９８
ＭＢ　／　ｓｅｃに高めることができる。

第２図は光記録材料層３中のＮ（の含有量と消去時間の
関係を示した線図である。第２図の曲線のようにＮｉの
含有量の増加とともに消去時間は短くなる。またＮｉの
含有量と前に述べた１０℃／ｌｌ１ｉｎの速度で昇温し
たときの結晶化温度および結晶−非結晶の繰り返し回数
の関係を数値で第１表に示す。

第１表 第１表によればＮｉの含有１１０％で結晶化温度は１０
０℃となる。この結晶化温度の低いことは光記録媒体に
書き込まれた非結晶のスポットの熱的安定性が悪く結晶
化しやすいものであることを意味し、１００℃という温
度は結晶化温度としては下限値と見做される。また繰り
返し回数についてはＮｉの添加量が２％を超えると顕著
な効果が認められるが１０５以上になると逆に繰り返し
回数は減少する傾向がある。これらのことからＧｅＴｅ
に含有するＮｉの量を１０％より多くするのは実用的で
ないと言える。

第２表は光記録材料のＧｅ　：　Ｔｅの比率が１＝１が
らはずれたものについて消去時間と結晶−非結晶の繰り
返し回数の対応を示したものであり、この場合−例とし
てＮｉの量は全て５％とし、ＧｅＴｅの１：１のものも
含んでいる。

第２表 Ｇｅ　：　Ｔｅの比率が１：１から大きくはずれると消
去時間は一般に増大する傾向があり、Ｎｉを添加しても
効果がなく、例えば第２表のようにＧｅ６゜Ｔｅ１ｓＮ
ｉｓの消去時間は７μｓｅｃ、繰り返し回数は７００回
程直売あり、これらの値は寧ろ従来より劣るものであり
実用性がない。しかしＧｅ　：　Ｔｅの１：１の比率か
らのずれが僅かなときはなおすぐれた特性をもっており
、しかもＮｉを添加することによって例えば第２表のＧ
ｅａｓＴｅｓａＮｉｓなどのように消去時間を短縮し、
繰り返し回数を増すことも可能である。これらのほかに
も例えばＧｅ４１Ｔｅ４．Ｎｉ＋。は本実施例の冒頭に
述べたＧｅ４ｓＴｅ４ｓＮｌ＋と同等の特性を示すこと
が確認された。

以上の結果を綜合的に検討し、本発明の光記録媒体に用
いる光記録材料層の最適組成範囲は一般式でＧｅ、　Ｔ
ｅ、　Ｍｍと表わすとき、０．４５（ｘ＋ｙ）≦ｘ≦０
．５５（ｌ＋＋３Ｔ）Ｉ　Ｏ＜　ｚ≦１０．　　ｘ＋ｙ
＋ｚ−１００とするのが妥当であるとの結論を得た。こ
こにＭは本実施例ではＮｉのみについて述べてきたが、
Ｎｉ０代わりにＣｏ、　Ｃｕ、　ＦａｌＶ＋　Ｃｒ、　
Ｔｉ＋　Ｍｎｔ　Ｚｎ＋　Ｙ＋　Ｍｏ。

Ｐｄ、　Ｐｔ、　Ａｇ、＾ｕ、　Ｒｈなどを用いてもＮ
ｉの場合とほぼ同様の特性を得ることができる。したが
ってＭはこれらのうちの少なくとも一つを用いればよい
。

〔発明の効果〕

相変化方式の光記録媒体に用いる光記録材料はＧｅＴｅ
が種々の点ですぐれているが、情報の消去時間を記録時
間と同じにまで速くしてさらにデータの転送速度をあげ
、記録−消去の繰り返し回数を増すことが望ましく、そ
のため本発明では実施例で述べたように光記録材料のＧ
ｅＴｅ化合物に遷移金属元素などを最適範囲を定めて添
加することにより、ＧｅとＴｅの比率が１：１をはずれ
る範囲でも結晶化速度をＧｅＴｅより速くすることがで
き、同時にこの速い結晶化速度を活かすために、光記録
材料層をはさむ二つの保護層の少なくとも一方に接して
冷却速度を高める冷却層を備えた構造の光記録媒体に適
用して、光記録材料のレーザ加熱スポットにおける溶融
状態からの冷却速度と非結晶状態からの結晶化速度との
マツチングがうまく行われるようにしたものであり、そ
の結果、消去時間が短縮され、繰り返し回数も増加させ
ることが可能な光記録媒体を得ることができたのである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる光記録材料の温度と反射率
の関係を表わす線図、第２図は本発明に用いられる光記
録材料のＮｉ含有量と消去時間の関係を示す線図、第３
図は冷却層を有する光記録媒体の模式断面図、第４図は
冷却層と透明冷却層を有する光記録媒体の模式断面図で
ある。 ｌ：基板、２：第１の保護層、３：光記録材料層、４：
第２の保護層、５：冷却層、６：表面保護層、７：透明
冷却層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）基板上に第１の保護層、光記録材料層、第２の保護
   層および表面保護層が形成される積層体に、前記基板と
   前記第１の保護層との間に介在する透明冷却層と、前記
   第２の保護層と前記表面保護層との間に介在する冷却層
   の少なくとも一方を形成してなる光記録媒体であって、
   前記光記録材料層の平均化学組成が一般式Ｇｅ＿ｘＴｅ
   ＿ｙＭ＿ｚで表わされ、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、
   Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｙ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｐｔ、
   Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈのうちの少なくとも一つであり、０．
   ４５（ｘ＋ｙ）≦ｘ≦０．５５（ｘ＋ｙ）、０＜ｚ≦１
   ０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００とすることを特徴とする光記録
   媒体。