JPH08138245A

JPH08138245A - 光記録方法及び光記録媒体

Info

Publication number: JPH08138245A
Application number: JP6271411A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Suzuki; 夕起鈴木
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【構成】案内溝を有する透明基板上に、少なくとも、
誘電体層、光吸収体を含む記録層、反射層の順に積層し
た光記録媒体に、透明基板側から記録光を照射して案内
溝上に集光し、集光した光により記録層の膜厚を変化さ
せて該溝部の深さを変化させることにより、光照射前と
光照射後とで反射層に到達する光の位相差を生じさせ、
該位相差によって反射光量の変化を読み取ることを特徴
とする光記録方法及びそれに用いる光記録媒体。【効果】記録前後の膜厚の変化量が微少であっても大
きな記録変調度を有し、成膜の膜厚マージンの大きい書
換え可能な光記録方法および光記録媒体を提供すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光記録方法及びそれに
用いる光記録媒体に関し、特にレーザー光により記録、
消去する光記録方法及びそれに用いる光記録媒体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザー光を光源とした光ディス
クが種々開発されており、その中で安価で書換えのでき
る光ディスクとして、いくつかの提案がなされている。
例えば、形状記憶樹脂を用いた書換え型光ディスクにつ
いては、特開平４−８５８３号公報、特開平４−１０９
８１号公報、特開平３−２５６２４１号公報、特開平３
−１６４２９号公報等で提案されており、該光ディスク
の記録方法は、凸部形成、バンプ形成によるものが主で
ある。

【０００３】また、形状記憶樹脂を用いない光ディスク
には、主として凹部形成による記録方法が用いられてお
り、特開昭５８−１７５１５３号公報、特開昭６３−１
６４０４２号公報、特開平２−９６９４２号公報、特開
平１−３０７９２４号公報、Ｊａｐ．Ｊ．Ａ．Ｐ，２２
（２）３４０，Ａ．Ｐ．Ｌ，５２（２）１７７７等に記
載されている。

【０００４】形状記憶樹脂を用いた光ディスクにおいて
は、通常、形状記憶樹脂そのものの熱膨張による形状変
化とその回復を記録−消去の原動力として用いるか、下
層の熱膨張による形状変化を形状記憶樹脂層の形状回復
力で記録−消去とするという方法が用いられているが、
従来のものは、いずれも鏡面に凸部を形成する記録方法
であり、形成された凸部の中心の陥没や、変形の大きさ
が制御できないという問題があった。また、消去光と記
録光を別々にしなければならず、安価な媒体という目的
にも合致しにくいものであった。

【０００５】また、形状記憶樹脂を用いない光ディスク
は、通常、ポリスチレン、ポリアミド、ポリプロピレン
等の結晶性の熱可塑性樹脂を用いて変形層を形成し、軟
化点以上の温度での変形を記録の反射率コントラストの
起源としている。変形層の上に、変形保持層を積層する
場合もあるが、この場合には記録光と消去光を別々にす
る必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の形状記憶樹脂を
用いた光ディスクの記録方法（凸部形成、バンプ形成）
において、形状記憶樹脂そのものの変形を記録機構とし
て用いる場合には、変形時に弾性率が大きく低下するた
めに、長パルス照射（長ビット記録）による凸部に陥没
が生じ、再生波形が劣化することがある。また、記録パ
ルス長の変化により形状記憶樹脂の膜の厚み方向の温度
分布が変化するために、凸部の大きさが異なってしま
い、記録媒体として必要な記録パルス長（周波数）に線
形な再生波形の変化が得られず、高密度記録用途のパル
ス長記録方式による記録再生が困難となることがある。

【０００７】また、形状記憶樹脂を用いない光ディスク
の記録方法（凹部形成）においては、従来、結晶性のポ
リスチレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂のガラス転移
温度（Ｔｇ）以上での軟化により生じる形状記憶特性を
用いているが、このような熱可塑性樹脂は、柔軟性が小
さく、そのため、記録の感度が悪く、また、非可逆性を
潜在的に有する物質の移動が起こりやすいため、消去特
性も悪く、記録消去の繰り返しによる劣化が生じやすい
という欠点があった。また、記録層の膜厚の変化による
反射率の変化を記録方法として用いる場合、通常、記録
層の膜厚が１０００Å以下であるか、記録層の反射率が
極めて低い場合に、充分大きな記録変調度が期待され
る。しかしながら、前者では書換えが困難になることが
あり、後者では、戻り光量が小さいため再生が困難とな
ることがある。さらに、上記以外の膜厚の変化による反
射率の変化の大きい条件を用いた場合は、ディスク内で
の反射率の均一性を得ることが極めて困難となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、透明基板上
に、少なくとも、誘電体層、光吸収体を含む高分子から
なる記録層、反射層を積層した光記録媒体において、記
録層の記録光照射による膜厚変化を位相差として検出す
ることにより、大きな記録変調度が得られることを見い
出し、さらに、該方法に適した記録層の検討を行った結
果、本発明に到達した。

【０００９】即ち、本発明の第一の要旨は、案内溝を有
する透明基板上に、少なくとも、誘電体層、光吸収体を
含む記録層、反射層の順に積層した光記録媒体に、透明
基板側から記録光を照射して案内溝上に集光し、集光し
た光により記録層の膜厚を変化させて該溝部の深さを変
化させることにより、光照射前と光照射後とで反射層に
到達する光の位相差を生じさせ、該位相差によって反射
光量の変化を読み取ることを特徴とする光記録方法、に
存するものであり、本発明の第二の要旨は、案内溝を有
する透明基板上に、少なくとも、誘電体層、光吸収体を
含む記録層、反射層の順に積層した光記録媒体であっ
て、該記録層は、ハードセグメントとソフトセグメント
からなる高分子材料からなり、該高分子材料は膜厚２０
μｍ〜６００μｍの膜としたときの動的弾性率がＴｇ±
１０℃の温度領域で５倍以上変化し、ガラス転移温度
（Ｔｇ）が８０℃以上であり、且つ該記録層の膜厚が２
０００Å〜８０００Åであることを特徴とする光記録媒
体、に存する。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
光記録方法は、案内溝を有する透明基板上に、少なくと
も、誘電体層、光吸収体を含む高分子からなる記録層、
反射層の順に積層した光記録媒体において、光吸収体が
記録用レーザー光を吸収することによる発熱で記録層が
変形し、その結果、溝部の深さが、見かけ上、変化する
ことにより位相差が変化することを利用して記録の変調
度を得ることを特徴とする。位相差を利用するために
は、記録層全体の透過光量を充分取れるように、光吸収
体の量を調整する必要がある。

【００１１】案内溝部に入射した光の反射光量の計算に
ついては、論文が多数発表されている。例えば、Ｊ．Ｏ
ｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．６９（１），（１９７９），ｐ
４、電気情報通信学会論文誌Ｃ−１，Ｖｏｌ．Ｊ７２−
Ｃ−１，Ｎｏ．２，８６、電気情報通信学会論文誌Ｖ
ｏｌ．Ｊ７３−Ｃ−１，Ｎｏ．９，ｐ５５１等において
発表されているが、特に、基板側から案内溝に入射した
光の反射光量の計算については、電気通信学会論文誌Ｊ
６６ーＣＮｏ．５ｐ．３８５に実用的な方法が記載
されている。

【００１２】それによると、溝の深さの変化による位相
差により、反射光量は下記式で表される。Ｉ＝Ｒ₀ ²（１−σ）²＋２Ｒ₀ ²σ（１ーσ）ｃｏｓ（２
ｋｎｄ）＋Ｒ₀ ²σ²＋４σＲ₀＊｛Ｒ₀ｃｏｓ（２ｋｎ
ｄ）−Ｒ₀｝＊［β₁Ｓｉｎｃ（２πσ）＋β₂Ｓｉｎｃ
（πσ）］＋２σ²｛Ｒ₀ ²−２Ｒ₀ ²ｃｏｓ（２ｋｎｄ）
＋Ｒ₀ ²｝＊［２β₁Ｓｉｎｃ（２πσ）＋２β₂Ｓｉｎｃ
（πσ）＋β₁｛Ｓｉｎｃ（πσ）＋Ｓｉｎｃ（２π
σ）｝²＋β₂Ｓｉｎｃ²（πσ）］上記式中、Ｒ₀は記録部の複素反射率、ｎは記録層の屈
折率、ｄは溝深さ、ｐはトラックピッチ、γは溝幅、λ
は波長を表す。また、σ＝γ／ｐ、β₁＝２／π ［ｃｏ
ｓ^-1（λ／ｐ・ＮＡ）］、β₂＝２／π ［ｃｏｓ^-1（λ
／ｐ・ＮＡ）−１／２ｓｉｎ｛２ｃｏｓ^-1（λ／ｐ・
ＮＡ）｝］である。

【００１３】図１は、上記パラメータとディスク部位の
関係を示す図であり、１は反射層、２は記録層、３は基
板である。図２は、溝深さｄでの溝幅γと反射率の関係
を示すグラフである。図３は、記録層の膜厚と反射率の
関係を示すグラフである。尚、各図中、ｎ及びｋは、そ
れぞれ、記録層の屈折率及び消衰係数を表す。図２に示
すように（λ＝７８０ｎｍ、ｐ＝１．６μｍ、ＮＡ＝
０．５５で計算）、溝部からの反射光量は、光照射（記
録）による記録層の膜厚変化により大きく変化する。通
常、ディスク特性としては、反射率をＩとすると、好ま
しくは、Ｉ／（Ｒ₀ ²）＝０．５以上である（記録前後
で、Ｉ／（Ｒ₀ ²）＝０．５から１．０に変化した場合、
変調度は５０％ということになる。）。図２から明らか
なように、λ＝７８０ｎｍ、溝幅ｐ＝０．６μｍの場合
には、例えば、記録前の溝部の深さ（ｄ）が９００Åに
なるように成膜した場合、記録部の２００Åの凸形成
（記録後の溝部の深さ７００Å）により、Ｉ／（Ｒ₀ ²）
が、０．３４２から０．５３１となり、３６％の反射率
変調度が得られる。同様に、記録による４００Åの凸形
成（記録後の溝部の深さ５００Å）、５００Åの凸形成
（記録後の溝部の深さ４００Å）、６５０Åの凸形成
（記録後の溝部の深さ２５０Å）により、それぞれ、５
３％、５６％、６３％の変調度が得られる。

【００１４】本発明方法に対して、膜厚の変化による反
射率を大きくとると、成膜時の膜厚マージンが小さく、
反射率の均一性を得ることが極めて困難となる。従っ
て、通常は、図３に示される膜厚の範囲の中で、反射率
変化ができるだけ小さい膜厚の範囲を選択する。その結
果、再生のトラッキングが可能である１０％以上の反射
率を有し、且つ膜厚が２０００Å以上の高分子に色素を
溶解させた記録層を用いる場合には、２００Å〜８００
Åの凸形成で得られる反射率変調度は、高々、４０％程
度であり、ディスクとして好ましい５０％以上の変調度
を得ることは困難である。

【００１５】また、記録を案内溝上でなく、案内溝間
（ランド上）で行う場合には、同様にして、位相差を検
出可能であるが、形状変化による散乱も同時に観測され
やすく、光量変化が複雑な挙動を示す。また、書換え特
性は、記録を溝上で行う方が、溝間で行うよりも良好で
あることから、案内溝上での記録が好ましい。本発明に
おいては、記録光の照射により凸部を形成しても、凹部
を形成してもよいが、記録部の消去特性の観点からは、
凸部を形成した方が好ましい。記録は、案内溝上で、高
いパワーのパルス光を短時間照射することにより行い、
記録層の膜厚の中心近傍が記録層高分子の融点以上に加
熱されるように、光吸収体の含有量及び記録層の膜厚を
調整し、さらに、その上に、反射層を積層することによ
り形成される、記録部の凸部による位相差の変化を利用
し、高い記録変調度を得る。消去は、記録部溝上に、低
いパワーの連続光を照射することによる高分子記録層の
熱的形状緩和により、記録部の凸部が平坦化されて完了
する。

【００１６】本発明において、透明基板としては、ポリ
カーボネート、ポリメタクリレート、非晶質ポリオレフ
ィン、ガラス等公知のものが用いられ、表面にサーボ用
の案内溝を有している。サーボ用の案内溝は、通常、深
さが１０００〜３０００Å、溝幅が０．４μｍ以上であ
ることが好ましい。溝形状は、Ｖ字溝でもＵ字溝でもよ
いが、消去特性の観点から、Ｕ字溝の方が好ましい。

【００１７】誘電体層としては、ＳｉＯ₂、ＺｎＳ−Ｓ
ｉＯ₂、ＺｎＳ、ＴａＯ_x 、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃等公知の
ものが用いられ、通常、膜厚は５００Å以上が好まし
い。膜厚が５００Å以下ではポリカーボネート等の基板
が変形層の希釈溶媒により変質する恐れがある。誘電体
層は、光吸収の結果、記録層が発熱し基板材料を軟化さ
せ変形させることを防ぐ機能も有している。また、ディ
スクの反射率を高くするために、複数の誘電体層を積層
して、誘電体ミラーを形成してもよい。

【００１８】また、記録層は、好ましくは、ハードセグ
メントとソフトセグメントからなる高分子、即ち、熱可
塑性エラストマーを、クロロホルムや、クロロベンゼ
ン、シクロヘキサノン等の極性溶媒で希釈した溶液を、
通常、スピンコートすることにより得られる。記録層の
膜厚は、通常、２０００〜８０００Å程度が好ましい。
記録層を形成する高分子は、その膜としての熱的、機械
的特性が記録消去特性に大きく影響し、充分な特性を得
るためには、２０〜６００μｍの膜としたときの動的弾
性率が、ガラス転移温度Ｔｇ±１０℃の温度領域で、５
倍以上変化することが好ましい。尚、ここでいうＴｇ
は、動的弾性率の測定において、ｔａｎδが極大値をと
る温度である。本発明の記録層を形成する高分子として
は、記録媒体の熱的安定性の観点から、Ｔｇは８０℃以
上のものが好ましい。

【００１９】尚、ハードセグメントとしては、好ましく
は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエ
ステル等が挙げられ、ソフトセグメントとしては、ポリ
ブタジエン、ポリイソプレン、水素添加ポリブタジエ
ン、エチレン／プロピレン共重合ゴム、天然ゴム等が好
ましく例示される。これらハードセグメントは、分子間
力、水素結合により凝集し、力学的格子点を形成して形
状の保持をするので、本発明においては、記録部の形
成、消去の完成の役割を果たす。一方、ソフトセグメン
トは、非凝集性のものであり、室温以上の温度で加熱さ
れることにより、振動、回転、並進モードが励起される
が、ハードセグメントにより、流動が抑制されている。
このソフトセグメントは、本発明においては、記録部の
形状の制御に関わっている。

【００２０】これら熱可塑性エラストマーは、格子点を
形成する成分のＴｇ温度近傍で急激に動的弾性率が低下
して形成される軟化物の表面張力の違いで、急冷されて
形成される部分の凹凸、形状変化の大きさが変わる。こ
れら熱可塑性エラストマーを溶媒で希釈して膜を形成す
ると希釈溶媒や、乾燥条件等により動的弾性率が異な
る。膜としての動的弾性率がＴｇ±１０℃の温度領域で
５倍以上に変化しないものを用いると、消去可能な凹凸
が形成されない。

【００２１】また、記録層の膜厚は、記録部の凹凸形成
に関わる、重要なパラメータである。膜厚が２０００Å
以下では、記録用レーザー光を照射した時の膜厚方向の
最高温度到達点が記録層の上層あるいは、下層に近くな
るため、凸部が形成されない。この場合には、記録部の
消去が困難となる。また、膜厚が８０００Åを超える
と、記録層により案内溝がほぼ完全に埋められるために
溝の形状効果が期待できず、消去が効率よく行えない。

【００２２】記録層は、かかる熱可塑性エラストマー
に、その光吸収により結果的にエラストマーを加熱し変
形させるため、光吸収体を含有させる。光吸収体として
は、通常、有機色素が用いられる。有機色素としては、
通常、主減量開始温度が２５０℃以上、好ましくは、２
７０℃以上のものが好適に用いられる。主減量開始温度
が２５０℃を下まわると、記録や消去により色素が分解
する恐れが生じる。なお、ここでいう主減量開始温度と
は、ＴＧ（熱重量分析）−ＤＴＡ（示差熱分析）曲線の
ＴＧ曲線において、減量が２０％を超える初めての減量
過程の開始温度をいう。この減量開始温度は、示差熱天
秤（セイコー電子工業）ＳＳＣ５２００ＨシリーズＴＧ
ーＤＴＡ−３２０で試料重量５ｍｇを窒素雰囲気中で昇
温速度２０℃／分で測定し、減量を示す接線と、ベース
ラインの交点より求めた温度である。

【００２３】この有機色素を、記録層樹脂の溶媒に溶解
し、記録再生光波長での反射率の虚数部ｋが０．０５以
上になるようにする。その際、ｋが小さい条件を望む時
には、記録層の膜厚を厚くし、ｋが大きい条件を望む時
には、記録層の膜厚を薄くして、記録用レーザー光照射
により最高温度になる位置が、記録層の膜の上面近傍に
なることを防ぐ必要がある。有機色素としては、例え
ば、含金属アゾ系色素や、含金属インドアニリン系色
素、フタロシアニン系色素があり、これらの有機色素を
単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。

【００２４】反射層としては、通常、記録層を透過した
レーザー光を効率良く反射する金属膜が用いられ、例え
ば、Ａｌ、Ａｇ、ＡｌＴａ合金、Ａｕ、Ｃｕ等が挙げら
れる。これらの金属を合金化したり、反射層の膜厚を最
適化することにより熱伝導率を調節することができる。
反射層の膜厚は、通常、６００Å以上が好ましく、記録
層の変形を抑制しすぎたり、記録消去感度を悪化させす
ぎない程度の膜厚が好ましい。

【００２５】また、反射層の上に、誘電体層や、弾性率
の大きい紫外線硬化樹脂層を積層してもよい。

【００２６】

【実施例】

実施例１溝深さ１９００Å、溝幅０．４μｍ、１．６μｍピッチ
のＵ字型案内溝を有するポリカーボネート基板上に、酸
化タンタル（屈折率２．１）を膜厚９００Åにスパッタ
して誘電体層を形成した。スチレンーエチレン／ブチレ
ンースチレンブロック共重合体（数平均分子量５万）
０．１ｇをクロロホルム（ＣＨＣｌ₃）２．５ｇに溶解
し、０．０４０ｇのＮｉ−インドアニリン色素（主減量
開始温度２７１℃）を混合し、さらに、シクロヘキサノ
ンで２倍に希釈して得られた溶液を用いて、スピンコー
ト法により膜厚調整しながら誘電体層上に記録層を形成
した。さらに、記録層の上に、金を６００Åスパッタし
て反射層とした。

【００２７】得られた光ディスクの記録層の膜厚は２９
００Å、記録層の屈折率（ｎ）は１．４８、記録層の消
衰係数（ｋ）は０．２８であり、未記録部の溝部の深さ
（ｄ）は９００Å、未記録部の反射層の溝部の幅（γ）
は０．６μｍであった（ＳＴＭ（走査型トンネル顕微
鏡）の測定結果による）。得られた光ディスクを、波長
７８０ｎｍの半導体レーザー評価機で、４ｍ／ｓ、記録
パルス幅７００ｎｓ、記録周波数５００ｋＨｚ、記録パ
ワー９ｍＷの記録条件で該溝部に記録したところ、位相
差による反射光量の変化を読み取ったところ、変調度５
５％が得られ、図２とほぼ合致した結果（変調度５８
％）が得られた。記録後の記録部の溝部の深さ（ｄ）を
ＳＴＭで測定したところ、４００Åであった（即ち、５
００Åの凸部が形成していた）。

【００２８】この記録部は、４ｍ／ｓ，パワー２ｍＷの
連続光を照射することにより消去することができ、さら
に記録消去の繰り返しを行うことができた。なお、記録
層に用いた高分子は、Ｔｇ（ｔａｎδ極大の時の温度）
が１００℃であり、膜厚９０μｍとしたときの９０℃で
の動的弾性率は５．８×１０ｄｙｎｅ／ｃｍであり、１
０２℃での動的弾性率は６．８×１０ｄｙｎｅ／ｃｍで
あり、Ｔｇ±１０℃領域の動的弾性率の変化は８．５倍
（オリエンテック社製、レオバイブロンＤＤＶー２−Ｅ
Ｐ，１１０Ｈｚ，２℃／ｍｉｎで測定）であった。

【００２９】また、上記と同じ構成の光ディスクを用い
て、上記と同様にして記録し、記録前後での４００Åの
膜厚変化を、反射率変化のみで読み取ったところ、変調
度は１８％（記録前が１８％、記録後が２２％）であっ
た。

【００３０】

【発明の効果】位相差を利用することにより、記録前後
の膜厚の変化量が微少であっても大きな記録変調度を有
し、成膜の膜厚マージンの大きい書換え可能な光記録方
法および光記録媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射光量を計算するための各パラメータと光デ
ィスク部位の関係を示す図である

【図２】溝深さｄにおける溝幅γと反射率の関係を示す
グラフである。

【図３】記録層の膜厚と反射率の関係を示すグラフであ
る。

【図４】実施例１で得られた光ディスクの記録層の膜厚
と反射率の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１反射層２記録層３基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】案内溝を有する透明基板上に、少なくと
も、誘電体層、光吸収体を含む記録層、反射層の順に積
層した光記録媒体に、透明基板側から記録光を照射して
案内溝上に集光し、集光した光により記録層の膜厚を変
化させて該溝部の深さを変化させることにより、光照射
前と光照射後とで反射層に到達する光の位相差を生じさ
せ、該位相差によって反射光量の変化を読み取ることを
特徴とする光記録方法。
【請求項２】光照射前後の溝部の深さの変化を、位相
差によって読み取られる反射率変化が５０％以上になる
ように調整することを特徴とする請求項１に記載の光記
録方法。
【請求項３】案内溝を有する透明基板上に、少なくと
も、誘電体層、光吸収体を含む記録層、反射層の順に積
層した光記録媒体であって、該記録層は、ハードセグメ
ントとソフトセグメントからなる高分子材料からなり、
該高分子材料は膜厚２０μｍ〜６００μｍの膜としたと
きの動的弾性率がＴｇ±１０℃の温度領域で５倍以上変
化し、ガラス転移温度（Ｔｇ）が８０℃以上であり、且
つ該記録層の膜厚が２０００Å〜８０００Åであること
を特徴とする光記録媒体。
【請求項４】光吸収体が、主減量開始温度が２５０℃
以上の有機色素であることを特徴とする請求項３に記載
の光記録媒体。