JPH03219437A - 光記録媒体及びその製造方法 - 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、光照射により光学特性の変化を生ずる可逆型
光記録材料からなる記録層を備えた光記録媒体及びその
製造方法に関し、特に、記録層を被覆する保護膜を備え
、繰り返し書換え可能な光記録媒体の構造に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、情報化社会の進展と共に情報記録の高密度化及び
大容量化に対する要求が高まってきており、レーザー光
を記録・再生手段として用いる光ディスクは、その高記
録密度及び長寿命特性により注目を集めている。光ディ
スクを代表とする光記録媒体には、繰り返し記録・再生
可能な書換え型光記録媒体があり、この書換え型光記録
媒体においては、相変化型光メモリ材料を用いた相変化
方式の開発が進められている。

この相変化方式は、一般にレーザー光をディスクの記録
面に照射して加熱し、これにより記録材料の相変化、即
ち、結晶状態から非結晶状態、低温和から高温和、又は
安定相から準安定相等への相転移を引き起こし、各相に
おける反射率９色相。

屈折率等の相違により、情報の記録及び消去を行なうも
のである。

第２図を参照して、相変化方式の光記録媒体の構造を説
明する。ポリカーボネイト等からなる基板１の表面にト
ラッキング溝１１を設け、この表面上にＺｒ１Ｓ等のセ
ラミックからなる保護膜２ａを形成し、その上に可逆型
相変化を生ずる材料からなる記録層３を設け、更に、こ
の上に上記保護膜２ａと同質の保護膜２ｂを形成し、最
後に有機系の表面保護層５で被覆する。ここで、保護層
２ｂと表面保護層５との間にＡ１等を材料として反射・
冷却層４を設ける場合もある。

この光記録媒体に情報を記録する場合には、通常、レー
ザー光を基板の裏面１２がら照射し、記録層３のトラッ
ク部１３の記録材料を溶融した後急冷して、非結晶状態
のスポットを形成するようにしている。一方、情報の消
去は、記録材料を結晶化温度以上に昇温した後徐冷して
、再結晶化させることにより行なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

この相変化方式光記録の実用化に対する最も大きな問題
点は、書換え可能回数が他の方式に較べて少ないことに
ある。即ち、磁気記録媒体や光磁気記録媒体を用いる場
合では１０６回以上の書換えが可能であるのに対し、相
変化方式の光ディスクにあ・っては１０’〜１０５回が
現在の実用上の限界である。

この書換え可能回数の制限因子のうち、最も大きな影響
を与えると思われるものは、保護膜２ａ２ｂの機械的損
傷である。これは、光記録材料の相変化に伴って記録層
３の体積変化が生じ、記録・消去の度毎に、この体積変
化によって保護膜２ａ、２ｂに繰返し応力が加わること
から、最終的には保護膜２ａ、２ｂの疲労破壊に到るも
のである。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、そ
の課題は、保護膜に予め初期応力を付与しておくことに
よって、記録層の相変化により発生する繰返し応力がも
たらす保護膜への機械的作用を緩和して保護膜の耐久性
を向上させ、もって書換え可能回数の大きい光記録媒体
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題を解決するために、基板表面上に、光照射に
より光学特性変化を生ずる可逆型光記録材料からなる記
録層と、引張り強度よりも圧縮強度が高い材料からなる
保護膜とを有する光記録媒体において、本発明が講じた
手段は、 基板の表面上に、保護膜を圧縮応力が付与された状態で
記録層と接するように形成するものである。

このような光記録媒体は、基板上に保護膜を圧縮応力が
残留する条件にて成膜することにより製造する。

また、基板上に記録層及び保護膜を形成した後において
、保護膜に圧縮応力を付与するために前記基板を変形す
る場合もある。

更に、保護膜を圧縮応力が残留する条件にて成膜した後
に、保護膜の圧縮応力を増加させるために基板を変形す
る場合もある。

上記の製造方法においては、予め表面側が凸となってい
る基板を用いると共に、この基板上に記録層及び保護膜
を形成した後に、基板を変形する方法として、基板を平
板化するように２の前記基板の表面側の面同士を張り合
わせることが望ましい。

〔作用〕

上記の手段によれば、保護膜はその膜中に圧縮応力が付
与された状態（この予め付与された圧縮応力を以後、初
期圧縮応力という。）に形成されているが、保護膜には
一般に各種セラミック材料が用いられ、これらの材料は
引張り応力に対しては比較的弱く破壊されやすいのに対
し、圧縮応力に対しては高い強度を備えているので、初
期圧縮応力が極度に大きくない限り保護膜が損傷を受け
ることはない。一方、第１図に示すように、書込み時及
び消去時においては、記録材料の相変化によって生じる
体積の増減に伴い記録層から保護膜に繰返し応力が加わ
る。保護膜に初期圧縮応力が付与されていない場合Ａに
は、引張応力が加わっている状態ａが発生するが、予め
初期圧縮応力σ、が付与されている場合Ｂには、その記
録層から受ける引張応力は初期圧縮応力σ８によって相
殺され、記録層からの引張応力が最も高い状態すにあっ
ても、保護膜としては依然として圧縮状態にある。仮に
、σ８よりも小さい初期圧縮応力σ。

が予め付与された場合Ｃにおいては、初期圧縮応力σ。

では記録層から受ける引張応力を相殺しきれないので、
保護膜が引張応力を受ける状態Ｃが発生するが、この場
合でもその引張応力は従来よりも弱くなる。何れにして
も、引張り強度が小さいという性質を有する保護膜に対
して、従来繰り返し加わっていた記録層からの引張応力
が減殺されることとなるから、書換え時における保護膜
の疲労が少なくなり、光記録媒体の書換え可能回数が増
加する。

また、加熱用のレーザー光の出力を高めると、そのレー
ザー光のパルス幅を短縮することができるが、この場合
には、記録層の相変化により通常よりも高い応力が保護
膜に加わる。しかし、上記のように引張応力が減殺され
ることによって、相変化がもたらす高い衝撃応力にも耐
え得ることとなるので、記録の書込み時におけるレーザ
ー光のパルス出力を高めてパルス幅を狭めることが可能
であり、これにより、光記録媒体の書込み速度を速める
ことができる。

上記の保護膜に初期圧縮応力を付与する方法の第１は、
圧縮応力を残留する条件にて保護膜を成膜する方法であ
る。従来から成膜時の内部応力の残留が膜質を低下させ
る原因として問題となっていたこともあり、成膜条件に
よる内部応力の制御については、多くの研究がなされて
いる。本発明においては、初期圧縮応力を積極的に付与
することをその手段としているのであるが、圧縮応力を
残留させる成膜方法としては、例えば、ＲＦ（交流印加
〕スパッタリング法があり、しかもスパッタパワーによ
り残留する圧縮応力の値を制御することができる。

更に、この方法によって形成された保護膜には、そのま
までも基板によって保護膜が支持されることにより基板
強度に応じた圧縮応力が保持される。

しかし、初期圧縮応力の一部が開放されることにより基
板に反りが生じる場合があり、このような場合には、２
枚の基板の表面側同士を張り合わせることによって、そ
の接着力で上記の反りを完全に矯正することができる。

反りの矯正された基板上の保護膜には、その−度開放さ
れた初期圧縮応力の一部が再び付与されることになる。

保護膜に初期圧縮応力を付与する方法の第２は、予め反
りを有する基板を用いることである。凸面となった基板
表面上に記録層及び保護膜を形成し、その後、その基板
の反りを外力によって矯正し平板化するのである。この
平板化は、充分な強度をもつ支持部材に取り付けること
によっても可能であり、また、上記のような基板の張り
合わせによっても実現できる。この方法においても、そ
の平板化により基板から圧縮応力を受ける保護膜に初期
圧縮応力が与えられることとなる。この場合に０ は、予め与えられた基板の反りの程度によって保護膜内
の圧縮応力の強度を安定的にかつ確実に制御することが
できる上に、成膜条件により内部応力を残留させる方法
よりも大きな圧縮応力を付与することが可能である。

〔実施例〕

次に、本発明における光記録媒体の製造方法とそれによ
って得られた光記録媒体について説明する。

（第１実施例） 第２図に示した断面構造を有する光記録媒体において、
基板１はポリカーボネイト類であり、この表面上にはト
ラッキング溝１１が形成されている。その基板１の表面
上にスパッタリング法によりＺｎＳの第１保護膜２ａ、
Ｇｅｚ　Ｓｂｚ　Ｔｅ、。

からなる記録Ｎ３、ＺｎＳの第２保護膜２ｂ、Ａ！の反
射・冷却層４を順次形成する。第１保護膜２ａの厚さは
１１００ｎ、記録層３は３０ｎｍ、第２保護膜２ｂは１
７０ｎｍ、反射・冷却層４は１、ＯＯｎｍである。最後
に、これらの各層を保護するため、この上に紫外線硬化
樹脂層５を形成する場合もある。

第３図に示すように、基板１は直径１３０ｍｍのディス
ク形状となっている。基板１の当初の反り量（第４図に
示すように、基準面の法線Ｎと基板１の各表面部の法線
とのなす角θの基板上の最大値をいう。以下同様。）は
、±１ｍｒａｄ以内であった。ここで、第１保護膜２ａ
及び第２保護１１％２ｂの形成時において、スパックリ
ングパワーを変えることによりこれらの膜の内部応力の
値を変えることが可能である。第５図に示すように、基
板ホルダー２０により固定された基板１上に積層膜１０
が形成され、スパッタリング終了後に基板ホルダー２０
が取り外されると、積層膜１０の内部応力が圧縮応力で
ある場合には、積層膜１０の形成された面側が凸面とな
るように基板１に反りが生じ（第５図（ｂ）Ｌまた内部
応力が引張応力である場合には、積層膜１０の形成され
た面側が凹面となるように反りが生じる（第５図（Ｃ）
）。

１ ２ スパックリング法によると膜内に圧縮応力が残留し易い
ことが知られており、その圧縮応力が原因となって膜形
成後に基板表面側を凸面とする反りが生じる。保護膜形
成時のスパッタリングパワーと基板１の反り量との関係
を第６図（ａ）に示す。反り量の符号は、保護膜の形成
される基板表面側が凸面となる場合を正に採っている。

このように、スパッタリングパワーにより大きく基板１
の反り量が変わることから、膜の内部応力が大きく変化
していることがわかる。ここで、曲線３１は第２図に示
す紫外線硬化樹脂層５を形成しない場合、曲線３２は紫
外線硬化樹脂層５を形成した場合の基板に対する結果で
ある。一般に、紫外線硬化相・脂層５には引張応力が残
留することが多いので、紫外線硬化樹脂層５を形成した
場合においては、保護膜の初期圧縮応力が紫外線硬化樹
脂層５の引張応力によって減殺され、曲線３２が低反り
量側にシフトする。

上記の基板１を２枚用意し、これらの表面同士を張り合
わせた光ディスクを形成し、この光ディスクについて、
初期化を施した後にディスク回転数を１８００ｒｐｍ、
周波数３．７ＭＨｚ、ピークパワー１フｍＷ、バイアス
パワー７ｍＷの条件にて、繰り返し書換え試験を行なっ
た。当初の信号のＣＮ比（Ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｏ　Ｎｏ
１ｓｅ　ｒａｔｉｏ）として５５ｄＢ、消去比として３
２ｄＢが得られた。書換えを繰り返す度にノイズが増大
しＣＮ比が低下するが、ＣＮ比が当初の値から３ｄＢ低
下するまでに書換えた回数を書換え可能回数として、こ
の書換え可能回数と前記スパッタリングパワーとの関係
を第６図（ｂ）に示す。曲線３１と３２とは共に、高ス
パッタリングパワーにて形成された内部圧縮応力の大き
い保護膜を有する基板において書換え可能回数が増加す
ることを示している。ここに、スパッタリングパワー条
件の相違から生ずる保護膜の内部応力以外の物性への影
響は、はとんど見られなかった。

以上述べたように、保護膜２ａ、２ｂのスパッタ条件を
変えることにより、内部圧縮応力の値を制御することが
可能であって、この初期圧縮応力３ ４ の値が大きい程、光ディスクの書換え可能回数が増加す
る。

この効果は、基板１の張り合わせを行なわない場合にあ
っても、基板１０強度を高めることによってほぼ同様の
結果を得ることができる。

（第２実施例） 次に、本発明の第２の実施例を説明する。この実施例に
おいては、予め＋８ｍｒ　ａ　ｄの反り量が与えられて
いる基板１の表面上に、上記第１実施例と同様の第１保
護膜２ａ、記録層３、第２保護膜２ｂ及び反射・冷却層
４を、スパッタリング法により形成する。これらの膜を
形成した後の基板１０反り量を第７図（ａ）に示す。曲
線４１は紫外線硬化樹脂層５を形成しない場合の基板１
の反り量、曲線４２は紫外線硬化樹脂層５を形成した場
合の基板１の反り量を、それぞれスパッタリングパワー
に対してプロットしたものである。第１実施例と較べる
と、グラフには、圧縮側にほぼ予め与えられていた反り
量に相当する分のシフトが見られる。

二のように形成された２枚の基板１をその表面側を接着
することにより張り合わせて、１枚の光ディスクとし、
この光ディスクを第１実施例と同様の試験方法にて、書
換え可能回数を測定した。

第７図（ｂ）に示すように、第１実施例の場合よりも更
に顕著に書換え可能回数が増加し、１０６回を越える場
合もある。また、紫外線硬化樹脂層５を形成した曲線４
２においても、第１実施例よりも大幅に改善されている
。これは、第１実施例に比して全体的に初期圧縮応力が
大きくなっているからであると思われる。

基板１に予め与える反り量に関しては、反り量が過大に
なると、張り合わせによって生じる圧縮応力により保護
膜が損傷するおそれがあると共に張り合わせ自体も困難
になるため、５〜１５ｍｒａｄの反り量が望ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、記録層に接する保護膜
に予め圧縮応力を付与した光記録媒体及びその製造方法
であることに特徴を有するので、５ ６ 以下の効果を奏する。

■　保ｉＩ　Ｉｌｌに予め圧縮応力を付与したことによ
り、記録層の相変化に伴う体積変化による繰返し引張応
力の作用を減殺することができる。従って、繰り返し書
換え時における保護膜の疲労破壊現象を防止することが
でき、光記録媒体としての書換え可能回数を大幅に増大
させることができる。

■　このように繰返し引張応力が減殺されることによっ
て、相変化がもたらす高い衝撃応力にも耐え得ることと
なるので、記録の書込み時におけるレーザー光のパルス
出力を高めると共にパルス幅を狭めることが可能となり
、これにより、光記録媒体の書込み速度を速めることが
できる。

■　保護膜に圧縮応力を付与する方法として成膜条件を
制御して成膜時に内部応力を残留させることによる場合
には、張り合わせ工程を経す、そのままの状態でも基板
強度に応じた保護膜の内部圧縮応力が得られる。また、
予め基板に反りを与えておき、記録層、保護膜等を形成
した後に２枚の基板を張り合わせる場合には、保護膜に
対して確実に所定の圧縮応力を付与することができると
共に、より大きな圧縮応力を加えることも可能であり、
更に顕著な書換え可能回数の増大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は書換えの際に従来の光記録媒体の保護膜に加わ
る応力と、本発明の光記録媒体の保護膜に加わる応力と
を比較して表示するグラフ図である。 第２図は本発明の実施例に係る光記録媒体の構造を示す
部分断面図である。 第３図（ａ）は同実施例に係る光記録媒体の概略斜視図
、第３図（ｂ）は同光記録媒体の平面図である。 第４図は基板の反り量を示す概念図である。 第５図（ａ）は基板上にスパッタリングにより成膜する
状態を示す断面図、第５図（ｂ）は基板上に形成された
膜が内部に圧縮応力を有する場合に生ずる基板の反り状
態を示す断面図、第５図（Ｃ）は基板上に形成された膜
が内部に引張応力を７ ８ 有する場合に生ずる基板の反り状態を示す断面図である
。 第６図（ａ）は本発明の第１実施例に係る基板の反り量
を保護膜成膜時のスパッタリングパワーに対して表示す
るグラフ図、第６図（ｂ）は同実施例のディスクの書換
え可能回数を保護膜成膜時のスパッタリングパワーに対
して表示するグラフ図である。 第７図（ａ）は本発明の第２実施例に係る基板の反り量
を保護膜成膜時のスパッタリングパワーに対して表示す
るグラフ図、第７図（ｂ）は同実施例のディスクの書換
え可能回数を保護膜成膜時のスパッタリングパワーに対
して表示するグラフ図である。 〔符号の説明］ １・・・基板 ２ａ、２ｂ・・・保護膜 ３・・・記録層 ４・・・反射・冷却層 ５・・・紫外線硬化樹脂層 ３１・・・第１実施例において紫外線硬化樹脂層を形成
しない光記録媒体に関するデータ ３２・・・第１実施例において紫外線硬化樹脂層を形成
した光記録媒体に関するデータ ４１・・・第２実施例において紫外線硬化樹脂層を形成
しない光記録媒体に関するデータ ４２・・・第２実施例において紫外線硬化樹脂層を形９ ０ ｒ］令−θ 派 ０ １００　　２００　　３００　　４００スパツタパワー
（Ｗ） （ａ） 第 図 特開平３ ２１９４３７　（８） １００　２００　３００　　４００ スパツタパワー（Ｗ） （ａ） １０゜ ００ ００ ００ 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の表面上に、光照射により光学特性変化を生
   ずる可逆型光記録材料からなる記録層と、引張り強度よ
   りも圧縮強度の高い材料からなる保護膜とを有する光記
   録媒体において、 前記保護膜は、圧縮応力が付与された状態で前記記録層
   に接するように形成されていることを特徴とする光記録
   媒体。
2. （２）基板の表面上に、光照射により光学特性変化を生
   ずる可逆型光記録材料からなる記録層と、引張り強度よ
   りも圧縮強度の高い材料からなる保護膜とを有する光記
   録媒体の製造方法において、前記保護膜を圧縮応力が残
   留する条件にて成膜する工程を有することを特徴とする
   光記録媒体の製造方法。
3. （３）基板の表面上に、光照射により光学特性変化を生
   ずる可逆型光記録材料からなる記録層と、引張り強度よ
   りも圧縮強度の高い材料からなる保護膜とを有する光記
   録媒体の製造方法において、前記基板上に前記記録層及
   び前記保護膜を形成した後に、前記保護膜に圧縮応力を
   付与するために前記基板を変形する工程を有することを
   特徴とする光記録媒体の製造方法。
4. （４）基板の表面上に、光照射により光学特性変化を生
   ずる可逆型光記録材料からなる記録層と、引張り強度よ
   りも圧縮強度の高い材料からなる保護膜とを有する光記
   録媒体の製造方法において、前記保護膜を圧縮応力が残
   留する条件にて成膜する工程と、その後、前記保護膜に
   圧縮応力を付与するために前記基板を変形する工程とを
   有することを特徴とする光記録媒体の製造方法。
5. （５）前記基板は表面が凸となった反りを有しており、
   前記基板を変形する工程は、前記基板を平板化するため
   に２の前記基板の表面側の面同士を張り合わせる工程で
   あることを特徴とする請求項第３項又は第４項の何れか
   に記載の光記録媒体の製造方法。