JPH04216323A - 光記録媒体の製造方法 - Google Patents

光記録媒体の製造方法

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JPH04216323A
JPH04216323A JP40247990A JP40247990A JPH04216323A JP H04216323 A JPH04216323 A JP H04216323A JP 40247990 A JP40247990 A JP 40247990A JP 40247990 A JP40247990 A JP 40247990A JP H04216323 A JPH04216323 A JP H04216323A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非晶相と結晶相の間の
相変化により情報を記録、再生または消去行なう光ディ
スク、光カード、光テープなどの書換可能相変化型光記
録媒体の初期化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】相変化を利用した書換可能な光記録媒体
は、一般に非晶質状態を記録状態とし、結晶状態を消去
状態として用いられている。一例としてこのような光記
録媒体の記録、消去および再生は、レーザ光の照射によ
り行なっており、その方式は従来のビーム径が1μm程
度の小さいスポットで記録、再生を行ない、ディスクの
半径方向が1μm程度、円周方向が10μm程度の楕円
で細長いスポットで消去を行なう2ビーム方式から、ビ
ーム径が1μm程度の小さいスポットの単一ビームを用
い、その強度を変えることだけで記録、消去および再生
ができる1ビームオーバライト方式(N.Yamada
 et al..Proc,SPIE 695,79(
1986))に変ってきている。
【0003】1ビームオーバライト方式の光記録媒体と
しては、記録膜の結晶化速度が速いことが必須条件であ
り、結晶化速度が速い媒体としては、例えば、Sb2 
Te3 薄膜(特開昭59−185048 公報)、G
e−Sb−Te系薄膜(特開昭62−209742 公
報、特開昭63−225934 公報、N.Yamad
a et al,Jpn.J.Appl.Phys.,
26,Suppl.,26−4,61−66(1987
))、M−Ge−Sb−Te系薄膜、MはPd,Cu,
Ag,Tl,Coなどの金属元素(第50応用物理学会
学術講演予稿集29p−PB−37 、第36応用物理
学会学術講演予稿集1p−ZB−9))、In−Se系
薄膜(T.Nishida et al,Jpn.J.
Appl.Phys.,26,Suppl.,Supp
l.,26−4,67−70(1987))、In−S
b−Te系薄膜(Y.Maeda et al,J.A
ppl.Phys.64,1715(1988) )な
どが提案されている。
【0004】これら記録膜は、蒸着やスパッタリングな
どの真空成膜法により形成されており、一般に非晶質状
態で形成される。そのため光記録媒体として使用する場
合、記録に先立って一度記録領域全体の記録層を結晶状
態にする、いわゆる初期化処理を行う必要がある。
【0005】従来、光記録媒体を初期化する方法として
は、特開昭60−10631公報に示されるような大パ
ワーで連続発光のアルゴンレーザ光を幅広く光記録媒体
に照射し、記録部全面を短時間かつ反射率が均一になる
ように初期化する方法があった。
【0006】しかしながら上記従来の方法では、光記録
媒体の基板にポリカーボネート樹脂やポリメチルメタク
リレート樹脂などのプラスチック基板を用いた場合、基
板と蒸着やスパッタリングなどで形成された膜との熱膨
張差により熱応力が生じたり、また基板や保護のための
UV樹脂層自身が熱変形を生じたりして、光記録媒体の
反りが大きくなり機械特性が劣化するなどの問題があっ
た。また、場合によっては形成膜に微小なクラックが発
生して欠陥となり、更にこれらが、記録、消去の繰り返
しや高温高湿下で広がり大きな欠陥に成長したりして、
光記録媒体の寿命を著しく低下させてしまうという問題
があった。さらに、この問題を解決するために光記録媒
体の熱的負荷を低減するような条件で初期化を行なうと
、記録、消去特性の特に繰り返し初期の消去率が低くな
るという問題が発生した。
【0007】この問題の解決手段としては、大きなスポ
ット径のレーザ光を特開昭63−31046公報に示さ
れるような回析格子を用いたり、特開昭63−3104
71 公報に示されるようなビームスプリッタを用い2
分した後重ね合わせたりして、ビームを干渉させて明部
と暗部が光記録媒体の半径方向に並ぶように照射して光
記録媒体の熱歪みを軽減させ、形成膜の微小クラックの
発生を防止するような初期化方法が提案されているが、
この方法では光学系が非常に複雑になったり、十分な照
射パワー得るためにはより高出力なレーザが必要になる
という欠点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の諸欠点に鑑み創案されたもので、その目的とする
ところは記録層から発生する熱による基板やUV樹脂層
等の熱変形および形成膜の熱歪みによる反りやクラック
が発生せず高速で良好な初期化が実現できる光記録媒体
の初期化方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
基板上に形成された記録層に光を照射することによって
、情報の記録、消去および再生が可能であり、情報の記
録および消去が、非晶相と結晶相の間の相変化によりお
こなわれる光記録媒体を初期化するに際して、ビーム形
状が楕円状であり、該ビームの短軸の半値全幅L1(μ
m)が0.5≦L1≦2.0であるレーザ光を照射して
前記光記録媒体の記録層を非晶質状態から結晶状態に変
える初期化方法により達成される。
【0010】本発明のレーザ光の光源としては、アルゴ
ンレーザ、ヘルウム・カドミウムレーザ、などのガスレ
ーザおよび半導体レーザなどが用いられるが、とりわけ
、半導体レーザを用いることは、ビーム形状を簡単な光
学系で楕円化でき、装置を小型化でき、かつ消費電力も
小さくできることから好ましい。半導体レーザを用い本
発明の方法により光記録媒体を初期化する装置の1具体
例を図1に示し説明するが、初期化装置は特にこれに限
定されるものではない。
【0011】図1において、1は光記録媒体である。3
は、半導体レーザでレーザ光2を発光する。4はコリメ
ータレンズ、5はシリンドカルレンズ系、6はミラー、
7は対物レンズであり、8はモータ、9は移動台である
。半導体レーザ3から出射したレーザ光2はコリメータ
レンズ4で平行光にされ、シリンドカルレンズ系5によ
りレーザ光2のビ−ムの楕円率を変化させ、ビ−ム形状
を整形する。シリンドカルレンズ系5を通ったレーザ光
2は、ミラー6によって対物レンズ7に導かれ、この対
物レンズ7によって光記録媒体1の記録層13に結像さ
れ照射される。これらを含む光学系10は移動台9によ
り光記録媒体1の半径方向に適当な送りピッチで送られ
る。一方、光記録媒体1はモータ8により回転される。 このような装置により本発明のビーム形状を光記録媒体
1の記録層13で得るには、上記光学系のレーザ3の波
長やコリメータレンズ4と対物レンズ7の開口数等を適
宜変更したり、選択、調整したりすることにより容易に
得ることができる。
【0012】レーザ光の光記録媒体1の記録層13での
形状は、楕円状であり、かつ該ビームの短軸の半値全幅
L1が0.5μm≦L1≦2.0μmであることが重要
であり、これにより光を吸収した記録層からの熱が拡散
しやすく、基板やUV樹脂層にかかる熱負荷が軽減され
る。このL1の値はより好ましくは、0.7μm≦L1
≦1μmである。0.5μm未満では、高精度で高価な
光学系が必要となり、また一部非晶化するなど結晶化が
均一にできないため好ましくない。2.0μmより大き
いと記録層から発生した熱の実質的な拡散が遅くなり、
基板またはUV樹脂層の熱変形と形成膜の熱歪による反
りやクラックが生じやすくなり好ましくない。
【0013】長軸の半値全幅L2は、3μm≦L2≦1
00μmが好ましく、より好ましくは10μm≦L2≦
70μmである。3μm未満では、光記録媒体の1トラ
ックの範囲を均一に初期化できないばかりか処理時間も
長くなり、さらに、むらを生じないようにする半径方向
の送りに高精度な機構も必要となる。また、100μm
より大きいとより高出力なレーザを必要とし、また、記
録層にから発生した熱により基板またはUV樹脂層の熱
変形と形成膜の熱歪みより、反りやクラックが生じ易く
なり好ましくない。
【0014】照射時間Tは光記録媒体のある1点をレー
ザ光の半値全幅が通過する時間を意味し、該照射時間は
短い程基板やUV樹脂層にかかる熱負荷が少なくなるが
、十分な相転移熱を与えるにはレーザのパワーをあげる
必要がある。また、相変化光記録媒体の記録層を結晶化
させるには、記録層を結晶化温度以上の温度領域に加熱
した後、結晶化に必要な時間以上保持する必要があり、
適正な値に設定にしなければならない。1ビームオーバ
ライト方式の光記録媒体の場合は、20nsec≦T≦
1000nsecの範囲が好ましく、より好ましくは5
0nsec≦T≦500μsecである。20nsec
未満では結晶化にむらが生じやすく、1回では信頼性の
高い初期化が困難になる。1000nsecより大きい
と初期化時間が長くなり生産性が低下し、しかも、記録
層からの熱拡散になる基板やUV樹脂層への熱負荷が大
きくなり、光記録媒体の熱変形や形成膜のクラックの原
因となる。
【0015】このような照射時間での最適なレーザ光の
パワー密度Pは光記録媒体の材料および層構成によって
変るが、5.0mW/μm2 ≦P≦25.0mW/μ
m2 の範囲が好ましく、より好ましくは7.0mW/
μm2 ≦P≦20.0mW/μm2 である。5.0
mW/μm2 未満では結晶化にむらが生じたり、結晶
化するのに時間がかかるなど好ましくなく、25.0m
W/μm2 より大きいと熱による記録層の膜歪みなど
の欠陥が発生し易くなりノイズおよび繰り返しで寿命の
劣化の原因となり好ましくない。
【0016】光記録媒体の反射率は構成や材料によって
変化し光記録媒体のレーザ光の吸収率Aは大きく変化す
るが、レーザ光の照射による吸収エネルギー量(E=吸
収率A×パワー密度P×照射時間T)は、0.3nJ/
μm2 ≦E≦10.0nJ/μm2 が好ましく、よ
り好ましくは0.5nJ/μm2 ≦E≦7.0nJ/
μm2 である。0.3nJ/μm2 未満では結晶化
にむらが生じたりするなど好ましくなく、10.0nJ
/μm2 より大きいと記録層により発生した熱により
基板やUV樹脂層の熱変形や形成膜の熱歪みにより、反
りやクッラクが生じ易くなり好ましくない。
【0017】光記録媒体の回転は上記照射時間の範囲で
自由に設定できるが、その制御方法は、線速度一定でも
回転数一定でもかまわない。回転数一定とした場合、レ
ーザ光の照射時間が半径位置で変化するため、均一な初
期化状態を得るためにはレーザ光のパワーを順次変化さ
せて行なった方が好ましい。線速度が遅い場合には、記
録媒体記録部全面の初期化に時間を要し、場合によって
は熱により膜破壊が生じる恐れがあり、線速度が速い場
合には照射レーザのパワーを大きくする必要があること
から、線速度としては、2m/s〜40m/sの範囲が
好ましい。
【0018】レーザビームの光記録媒体に対する配置は
、図2に示すように特に限定されないが、レーザビーム
の強度分布が一様な部分が光記録媒体の半径方向で広く
取ることができ、レーザビームの送りピッチを大きくし
ても初期化が均一にでき、かつ実質的な初期化時間が短
縮できる位置である、半径方向に対する傾き角θが0度
から60度の範囲が好ましい。
【0019】光記録媒体の構成としては、特に限定され
ないが、1ビームオーバライト方式の記録消去特性が良
好な、例えば図3に示すような基板11上に誘電体層1
2a、記録層13、誘電体層12bおよび反射冷却層1
4をこの順に設け、さらにその上に5μm〜40μmの
厚さの紫外線硬化樹脂層などの樹脂保護層15を積層せ
しめたものが、本発明の初期化方法を適用することによ
り、より好ましい効果が期待できるので望ましい。また
、保護層15の上に接着剤層を設け他の基板と張合わせ
たものでもかまわない。
【0020】基板としては、基板側から記録消去を行な
う場合にはレーザ光が透過する材料を用いることが好ま
しく、例えばポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、エポキシ樹脂、ポリオリフィン樹脂等の
高分子樹脂またはガラスなどが挙げられる。
【0021】誘電体層は、基板や記録層などが記録によ
り熱によって変形し記録消去特性が劣化することを防止
する変形防止層、記録層の耐湿熱性や耐酸化性の効果を
もたせる保護層、かつ記録層から反射冷却層への原子拡
散を防止する拡散防止層の役割を果たす。このような誘
電体層としては、例えばZnS,SiO2 ,Ta2 
O5 ,ITO,ZrC,TiC,MgF2 等の無機
膜やそれらの混合膜が使用できる。特に、ZnSとSi
O2 およびZnSとMgF2 の混合膜は、耐湿熱性
に優れており、さらに記録消去の繰り返しによる記録層
の劣化を抑制するので好ましい。13の記録層は、結晶
化速度が速いものが1ビームオーバライト方式の記録消
去を行なう光記録媒体として好ましく、例えば、Ge−
Sb−Te系薄膜、M−Ge−Sb−Te系薄膜、Mは
Pd,Cu,Ag,Tl,Coなどの金属元素、、In
−Sb−Te系薄膜など挙げられる。特にGe−Sb−
Te系薄膜、Pd−Ge−Sb−Te系薄膜が、本発明
の方法により初期化することにより非晶相から結晶相へ
移行する際、原子の移動が少なくてすむような単純な面
心立方の結晶構造をとり、かつ単一相にできるため結晶
化速度が速いばかりか、記録、消去の繰り返しよっても
相分離や粗成の偏析など起りにくく、さらに熱安定性が
優れているので好ましい。
【0022】反射冷却層は、誘電体層12bからの熱拡
散を容易にし、記録時に溶融した記録層の冷却速度を高
めることにより、非晶質ピットの形成を容易にする。ま
た、誘電体層などが、熱的の変形することを防止する効
果、光学的干渉により再生信号のコントラストを改善す
る効果がある。このような反射冷却層としては、レーザ
光の波長で光反射性、吸収性を有し、かつ誘電体層より
も熱伝導度が高い金属または金属酸化物、金属窒化物、
金属炭化物などと金属の混合物、例えばZr,Hf,T
i,Ta,Mo,Si,Al,Auなどの金属や、これ
らの合金、こららとZr酸化物、Si酸化物、Si窒化
物、Al酸化物などを混合したものが使用できる。特に
Al,Au,Taやそれらの合金等は、膜の形成が容易
であり、材料選択により熱伝導率が広範囲に調整可能で
あるため好ましい。
【0023】誘電体層、記録層、反射冷却層の厚さは、
誘電体層12aが50nm〜300nm、誘電体層12
bが10nm〜300nmであり、記録層が10nm〜
100nmであり、かつ反射冷却層が20nm〜150
nmとしたものが1ビームオーバライト方式の記録消去
を行なう光記録媒体に適しているため好ましい。
【0024】誘電体層、記録層、反射冷却層を記録媒体
基板上に形成する方法とては、公知の真空中での薄膜形
成法、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、ス
パッタリング法等が挙げられる。特に粗成、膜厚のコン
トロールが容易であることから、スパッタリング法が好
ましい。
【0025】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されない。なお実施例
中の特性は以下の方法に基づいて評価したものである。
【0026】(1)組成 記録層、誘電体層の組製は、ICP発光分析(セイコー
電子工業(株)製FTS−1100型)によって各元素
の含有量を求め、組成比を算出した。
【0027】(2)反り 光記録媒体の初期化処理による反りは、光記録媒体機械
測定装置LM−100A((株)小野測器製)で測定し
、初期化前後の差で評価した。
【0028】(3)記録消去特性(1ビームオーバライ
ト特性) 初期化した光記録媒体を6m/sで回転させ、基板側か
ら周波数3.7MHz、パルス幅90nsで変調した記
録パワー20mW、消去パワー10mWの波長830n
mの半導体レーザ光を開口数0.55の対物レンズで集
光照射しオーバライト記録を行なった。
【0029】記録後、1.3mWの半導体レーザ光で記
録部分を走査し記録の再生を行なった。さらに、記録部
分を先の条件の周波数を1.4MHzに変更しオーバラ
イト記録を行ない3.7MHzの記録信号を消去した後
、先と同一の条件で再生を行なった。記録後および消去
後再生信号をそれぞれスペクトル・アナライザによりキ
ャリヤレベルとノイズレベルを測定し、バンド幅30k
Hzの条件でキャリヤ対ノイズ比(C/N)を求め、さ
らに3.7MHzの記録時のキャリヤレベルと1.4M
Hzの記録時(3.7MHzの消去時)の3.7MHz
のキャリヤレベルの差を消去率として求めた。
【0030】繰り返しでの消去率は、3.7MHzのオ
ーバライト記録を1万回繰り返し、その後、また1回目
と同様に求め評価した。
【0031】(4)初期化後の反射率 初期化後の反射率は、記録、消去特性測定に使用したも
のと同じ光学系を用い、再生パワーを1.3mWにて測
定した。
【0032】(5)クラックなどの欠陥欠陥は、顕微鏡
による目視検査および記録消去特性と同じ光学系で再生
パワー1.3mWにて反射率のレベルが±10%以上の
部分を欠陥とみなし、その欠陥密度で評価した。
【0033】実施例1 厚さ1.2mm、直径130mm、1.6μmピッチの
スパイラルグルーブ付きポリカーボネート製基板を毎分
60回転で回転させながら、RFマグネトロンスパッタ
リング法により記録層、誘電体層、および反射冷却層を
形成した。
【0034】まず、7×10−5Paまで排気した後、
6×10−1Paのアルゴンガス雰囲気中で基板上にZ
nSとSiO2 のモル比が80:20の誘電体層のZ
nS−SiO2 をスパッタリング法により170nm
形成し、次にGe、Sb、Te、およびPdを水晶振動
子膜厚計でモニタしながら同時スパッタリングしてPd
2 Ge18Sb30Te50の元素組成の記録層を2
5nm形成した。 さらに、上記の誘電体層のZnS−SiO2 スッパタ
リング法により20nm、その上に反射冷却層としてA
l合金を100nm形成した。最後に、Al層上に紫外
線硬化樹脂をスピンコート法により塗布し、その後紫外
線を照射して硬化させ10μmの保護層を形成した。以
上により本発明の初期化方法を施す光記録媒体を得た。
【0035】初期化は、図1に示した装置でレーザビー
ムの半値全幅L1が0.8μm、L2が50μm、第2
図の傾き角θを0度とし、パワー密度11.0mW/μ
m2 、照射時間の60nsecで上記光記録媒体の全
面初期化を行なった。この時の、線速度は13.3m/
s一定で、送りピッチは25μmであった。
【0036】その結果、初期化前後の反りの差は、12
μmと非常に少なく、クラックの発生もなく、かつ欠陥
密度は3.0×10−6と小さく全面にわたり良好な初
期化できた。さらに、反射率と記録、消去特性を前期評
価方法により評価した結果、初期化後の反射率は均一で
あり、初回のC/Nは52.0dB、消去率  30.
5dB、1万回目のC/Nは、52.3dB、消去率 
28.5dB、と良好なC/N、消去率が得られた。
【0037】実施例2 光記録媒体の内外周でパワー密度は7.2mW/μm2
 から11.0mW/μm2 に10段階に分けて、照
射時間は120nsecから60nsecにリニヤ変化
させる以外は実施例1と同様な光記録媒体を全面初期化
した。この時の、回転数2100rpm一定で、送りピ
ッチは25μmであった。
【0038】その結果、初期化前後の反りの差は、18
μmと非常に少なく、クラックの発生もなく、かつ欠陥
密度は4.5×10−6と小さく全面にわたり良好な初
期化できた。さらに、反射率と記録、消去特性を前期評
価方法により評価した結果、初期化後の反射率は均一で
あり、初回のC/Nは52.3dB、消去率  29.
7dB、1万回目のC/Nは、52.0dB、消去率 
 27.5dB、と良好なC/N、消去率が得られた。
【0039】実施例3 記録層をGe、Sb、Teを水晶振動子膜厚計でモニタ
しながら同時スパッタリングしてGe23Sb25Te
52の元素組成にした以外は実施例1と同様な構成の光
記録媒体を同様な方法で初期化した。
【0040】その結果、初期化前後の反りの差は、15
μmと非常に少なく、クラックの発生もなく、かつ欠陥
密度は4.5×10−6と小さく全面にわたり良好な初
期化できた。さらに、反射率と記録、消去特性を前期評
価方法により評価した結果、初期化後の反射率は均一で
あり、1万回の繰り返しにおいて、実施例1と同様に初
回から良好な記録消去特性が得られた。
【0041】
【発明の効果】本発明は、相変化を利用した書換え可能
な光記録媒体を特定のビーム形状のレーザ光を照射して
初期化を行なうようにしたので、記録層から発生した熱
により基板またはUV樹脂層の熱変形と形成膜の熱歪み
による反りやクラックが発生せずかつ良好な記録、消去
特性が高速で得られる。さらに、欠陥が少なく初期化で
きるので寿命が長い光記録媒体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の初期化方法を実施する際に使用される
装置の1例を説明する概略図である。
【図2】本発明のレーザビームの照射位置を説明する概
略図である。
【図3】光記録媒体構成の1例を説明する概略図である
【符号の説明】
1:光記録媒体、2:半導体レーザ、3:レーザ光、4
:コリメータレンズ、5:シリンドリカルレンズ系、6
:ミラー、7:対物レンズ、10:光学系、11:ディ
スク基板、12a,12b:誘電体層、13:記録層、
14:反射冷却層、15:樹脂保護層。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に形成された記録層に光を照射する
    ことによって、情報の記録、消去および再生が可能であ
    り、情報の記録および消去が、非晶相と結晶相の間の相
    変化によりおこなわれる光記録媒体を初期化するに際し
    て、該光記録媒体の記録層上でビーム形状が楕円状であ
    り、該ビームの短軸の半値全幅L1(μm)が0.5≦
    L1≦2.0であるレーザ光を照射して前記光記録媒体
    の記録層を非晶質状態から結晶状態に変えることを特徴
    とする光記録媒体の初期化方法。
  2. 【請求項2】レーザ光のパワー密度P(mW/μm2 
    )が5.0≦P≦25.0かつ照射時間T(nsec)
    が20≦T≦1000である請求項1記載の光記録媒体
    の初期化方法。
  3. 【請求項3】レーザ光の照射による吸収エネルギー量E
    (nJ/μm2 )=吸収率A×パワ密度P×照射時間
    Tが0.30≦E≦10.0である請求項1記載の光記
    録媒体の初期化方法。
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