JPH083912B2 - 新規な光記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザービームにより、情報の再生、記
録、もしくは消去を行うことのできる、新規な構造をも
つ光記録媒体及びその製造方法に関するものである。さ
らに詳しくいえば、本発明は、再生専用型、追記型及び
書換え可能型のいずれにも適用しうる光記録媒体及びそ
の製造方法に関するものである。

従来の技術 これまで、光記録媒体すなわち光により記録可能な情
報記録材料としては、基板上に所定の記録層を設け、レ
ーザー光を照射して、これに情報に応じた孔を形成させ
る方式のものと、レーザー光を照射してその光学特性を
変化させ、その光学特性の変化によって生じる反射率の
変化を利用する方式のものとが知られ、特に後者につい
ては、再生専用型、追記型だけでなく書換え可能型とし
て、相変化、光磁気などの方式のものが注目されてい
る。

ところで、従来のこれらの光記録媒体は、穿孔方式、
光学特性変化方式のいずれを問わず、透明基板上に凹凸
状断面をもつ溝又はピット列を設け、その表面に記録層
を積層した構造を有するもので、基板を介して溝又はピ
ット列の凹部及び凸部から反射された反射光量差を利用
して情報を再生、記録あるいは消去するようになってい
る。

このような従来の光記録媒体の構成を添付図面によっ
て説明すると、第15図は従来の典型的な光記録媒体の断
面拡大図であって、プラスチック又はガラスから成る透
明基板１上に、あらかじめ凹凸状断面を有する多数の溝
又はピット列２……が設けられ、その表面上にアルミニ
ウムその他から成る記録層３が積層されている。

このような構造の光ディスクや光カードにおける、情
報の再生、記録、あるいは消去は、レーザービーム４を
対物レンズ５及び基板１を通して記録層３上に集光し、
溝又は制御ピット列の凹部から反射された反射光量差を
利用して、トラッキング用制御信号を得て、ビームをト
ラッキングすることによって行われる。

そして、再生専用型においては、基板上にトラッキン
グ用溝又はピット列の外に、情報が凹凸のピットとして
設けられており、その上にアルミニウム反射膜を設け、
同様の原理により、反射光量変化として情報信号を再生
する。一方、追記型や書換え可能型では、レーザービー
ム照射により記録層に形状変化、物理化変化、化学的変
化などを生じさせることにより情報を記録し、それらの
変化が生じた部分と生じていない部分の反射光量差を利
用して情報の再生を行う。

発明が解決しようとする課題 従来の光記録媒体は、前記した構造を有するものであ
るため、透明基板にあらかじめ溝又はピット列を設ける
必要があるが、これには多くの加工工程を要し煩雑であ
る上に、この加工の間に基板表面にごみが付着し、欠陥
を生じやすいという欠点があるし、また再生専用型、追
記型及び書換え可能型でそれぞれ反射率を異にするた
め、互換性をもたせるには複雑な回路の装置を準備しな
ければならないという不便がある。

本発明は、このような従来の溝やピット列を必要とす
る光記録媒体とは、全く異なった原理に基づき、透明基
板を平坦に保ったままで、レーザー光による情報の再
生、記録、消去を行いうる新規な光記録媒体を提供する
ことを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段 本発明者らは、透明基板上に凹凸状断面の溝やピット
列を設けることなく、平坦な表面のままで情報の再生、
記録及び消去を行いうる光記録媒体を開発するために鋭
意研究を重ねた結果、平坦な透明基板上に、光照射によ
って非晶質と結晶質との間の相変化を起し、それによっ
て屈折率が変化する材料から成る記録層を積層するか、
あるいはこれに続けてさらに、その表面に適当なマスク
を通して光照射し、ビームガイドパターンを形成させる
ことにより、その目的を達成しうることを見出し、この
知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、平坦な表面をもつ透明基板上
に、光照射によって非晶質と結晶質との間の相変化を起
し、それによって屈折率が変化する材料から成る記録層
が設けられ、この記録層に非晶質又は結晶質からなる情
報パターンが書き込まれていることを特徴とする光記録
媒体、及び平坦な表面をもつ透明基板上に、光照射によ
って非晶質と結晶質との間の相変化を起し、それによっ
て屈折率が変化する材料から成る記録層を設け、次いで
この記録層上に所要のパターンを有するマスクを密着さ
せ、このマスクを介して光照射することにより情報パタ
ーンを書き込むことを特徴とする光記録媒体の製造方法
を提供するものである。

次に添付図面に従って、本発明に用いられる光記録材
料の１例の構造を説明すると、第１図は、その部分断面
拡大図であって、トラッキングビームガイドパターンが
形成された状態を示し、第２図はその該当部分の平面図
及び反射率を示すグラフである。これらの図から分かる
ようにこの記録材料は平坦な表面をもつ透明基板１の上
に、光照射によって非晶質と結晶質との間の相変化を起
し、それによって屈折率が変化する材料から成る記録層
７を積層して構成され、その記録層の一部には、所要の
パターンを有するマスクを通して光照射することによ
り、屈折率が変化した部分から成るトラッキングビーム
ガイドパターン７′…が形成されている。第２図には、
屈折率変化により反射率が上昇する場合について、反射
率の分布も示した。このトラッキングビームガイド７′
の代わりにトラッキング制御用ピット列を形成させるこ
ともできる。

このようにして、反射率の異なるパターンを形成する
ことにより、従来の光ディスクや光カードの場合と同様
にビームのトラッキングを行うことができる。すなわ
ち、第２図に示す光記録材料の場合は、トラック部分か
らの反射光とトラック部以外の部分からの反射光との光
量差又は位相差を利用してトラッキングすることができ
るし、トラッキング制御用ピット列を形成させた場合
は、ピットによるトラッキング制御信号を用いて常にト
ラックセンターでトラッキングすることができる。前者
のように連続的なトラックによって、トラッキングを行
う方式は、連続サーボ方式と称され、後者のようにピッ
トからの信号を利用してトラッキングを行う方式はサン
プルサーボ方式と称されている。

このように、本発明の光記録媒体は、従来のもののよ
うに、あらかじめ透明基板表面上に凹凸状の溝やピット
列を設ける必要がないという点で、全く異なった構造の
ものということができる。

本発明の光記録媒体における透明基板としては、例え
ばポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリカーボネー
ト、エポキシ樹脂などプラスチック基板やガラス基板な
どを用いることができる。特にエポキシ樹脂のように、
熱硬化性であって射出成形を行うことのできない材料
や、ガラスのように直接溝を刻むことが困難であった
り、可能な場合でも複雑な工程を要する基板材料でも、
本発明において特別な制約なく用いることができる。

本発明の光記録媒体に用いられる記録層材料について
は、光照射によって非晶質と結晶質との間の相変化を起
し、それによって屈折率が変化するものであれば、特に
制限はなく、任意のものを使用することができる。この
記録層材料としては、例えばTe合金やSe合金のようなレ
ーザービーム照射による急熱急冷と徐熱徐冷によりそれ
ぞれ非晶質化や結晶化を行いうる相変化材料が挙げられ
る。

ところで、屈折率ｎ＊は、一般に ｎ＊＝ｎ−ik のように複素数で表され、基板上に薄膜を設けた場合の
反射率は、主として薄膜の屈折率と膜厚によって決ま
る。特に消衰係数と呼ばれる虚数部（ｋ）が大きい物質
ほど反射率が高い。光記録媒体においては、媒体からの
反射光を用いてトラッキングやフォーカシングの制御を
行うので、ある程度反射率が高いことが必要である。さ
らに、１種の記録層で再生専用型はもちろんのこと追記
型及び書換え可能型のすべての種類の光記録媒体を供給
できるためには、記録及び消去が可能であることが必要
である。本発明の記録層材料に用いられる相変化材料は
このような要求特性をすべて満足しうるものであって、
通常、成膜直後において非晶質状態であるので、屈折率
変化を非晶質から結晶質への相変化によって生じさせる
ことによって情報パターンを書き込むことができる。

次に、前記の、本発明に用いられる光記録材料の製造
法を第３図の製造過程を示す説明図に従って説明する
と、まず、記録層７上に、所定のパターンが設けられた
マスクを密着させる〔第３図（ａ）〕。このマスクは、
ガラスなどの透明基板８上に、露光用の光を通さないク
ロムなどの薄膜９を所定のパターンに設けたものであ
る。次に、屈折率変化を生じさせるための光を、マスク
を介して、記録層７に一様に照射して、パターンの薄膜
９に対応する部分７′の屈折率を変化させる〔第３図
（ｂ）〕、次いでマスクを取り去ることによって、トラ
ッキングガイドパターンを形成させることができる。す
なわち、光照射を受けた部分は屈折率が変化し、マスク
によって光が遮られた部分は屈折率が変化しないので、
マスクとは逆のパターンが屈折率変化として形成される
ことになる。十分な解像度を得るために、マスクと記録
層７はできる限り密着させることが必要で、そのために
は、例えば、マスクと記録層の間を真空排気することは
有効である。照射光は記録層全体に一様な強度で照射す
ることが望ましく、また光源から副次的に発せられる熱
線は基板１の温度上昇を招くのでできるだけ取り除くこ
とが望ましい。特に、プラスチック基板を用いた記録媒
体の製造において、光照射を長時間行う必要がある場合
には、反射鏡の表面に熱線吸収剤を設けたり、光源と記
録媒体の間に熱線を遮断するフィルターを設置して温度
上昇による基板変化を防止する必要がある。特にプラス
チック基板上に非晶質と結晶質との間で相変化する記録
層を設けることにより構成した光記録媒体において、非
晶質から結晶質への相変化をもたらして屈折率変化によ
るパターンを形成させる場合には、基板変形を防止する
ことに留意しなければならない。すなわち、非晶質から
結晶質への相変化を起こさせるためには、記録層をその
結晶化温度以上に過熱する必要があり、通常その結晶化
温度はプラスチック基板の熱変形温度より高いことが多
いため、プラスチック基板が変形するおそれがある。こ
のような場合、記録層だけを短時間の間に、かつ一様に
加熱する必要がある。非晶質から結晶質への相変化を起
こすことのできる材料は、一般に赤外域の光をよく吸収
するので、キセノンフラッシュランプによるフラッシュ
露光を行いパターン形成することが望ましい。このキセ
ノンフラッシュランプから発せられる光は、波長が800n
m以上の赤外域に強い強度を有し、かつ１μsec程度の短
時間発光も可能である。したがって、記録層だけを効率
よく短時間に加熱することが可能であり、基板変形を起
こすことなく記録層を非晶質から結晶に変化させること
ができる。露光時間としては、１μsecから1secの間が
好ましい。

基板変形の防止のためには、記録層の上下に耐熱性無
機保護層を設けたり、さらに有機樹脂層を設けて記録膜
の変形を防止してもよい。特に、薄く塗布された有機物
層は、マスクとの密着の際に、記録層を保護する効果が
ある。また、マスクとの離形性を改良するために、フッ
素系の樹脂を塗布することも効果がある。

次に、このようにして得られた光記録媒体に記録を行
う方法について、添付図面に従って説明すると、第４図
と第５図は、該記録媒体に記録を行う場合の記録方法の
それぞれ異なった例を示す平面拡大図であって、レーザ
ービームをトラック７′にトラッキングしながら、記録
信号に応じて強度変調されたレーザービームを、光記録
媒体を走査するか又はレーザービームを走査しながら照
射することによって第４図のように情報をピット列10と
して記録することができる。このようにして記録した情
報は、従来の方法と全く同様にして、反射光量変化とし
て再生することができる。

また、記録膜の屈折率変化が可逆的に行える場合に
は、第５図に示すように、いったん屈折率変化を生じさ
せたトラック７′に、レーザービームを照射させて、ピ
ット列11の形で元の屈折率に戻すことにより、前記と逆
の様式で記録を行うことができる。特に、結晶質と非晶
質との間で可逆的に相変化する記録膜を用いて情報の記
録・消去を行う場合、通常は非晶質化によって記録を行
うが成膜直後の状態が非晶質である場合が多く、そのた
め記録・消去を行う部分を初期結晶化する必要がある。
従来はこの初期結晶化を通常の製造工程とは別に行う必
要があり、また、この工程を短時間に行うために、媒体
全面を初期結晶化させることも提案されているが、この
場合は結晶化に伴う体積収縮による応力発生のために膜
にクラックが発生しやすかった。しかし、本発明によれ
ば、ビームガイドパターンの形成と同時に初期結晶化を
行うことができると共に、記録・消去を行う部分だけを
選択的に、かつ短時間に初期結晶化を行うこともでき
る。

本発明によれば種々のパターンが形成可能であり、目
的・用途に応じて再生専用型記録（ROM）、追記型記録
及び書替え可能型記録、あるいはこれらを複合させた記
録を提供することができる。これについて以下に説明す
る。

前記の種々の記録媒体は、基本的に次の４つの部分か
ら構成される。第１の部分は、今まで述べてきたような
レーザービームをトラッキングするためのビームガイド
部であり、トラック状もしくはピット列のパターンを有
する。第２の部分は、記録された情報の種類・内容など
を認別するための情報管理用信号部であり、アドレス情
報やセクタ認別フラグなどが含まれる。第３の部分は、
再生のみを行うためのデータが記録されている再生専用
データ部である。第４の部分は、記録可能部であり、ユ
ーザーがデータを記録できる部分である。通常、情報管
理用信号部及び再生専用データ部はピット列として記録
されている。これらのうちビームガイドパターンは必須
であり、他の３つは用途に応じて設けられる。例えば、
コンパクトディスク（CD）やCD-ROMでは再生専用データ
部が、ユーザーが書き込みのできる文書ファイルなどの
追記型メモリでは情報管理用信号部及び記録可能部が、
ビームガイド部と共に設けられる。これらのトラックや
ピット列は従来、基板表面の凹凸として形成されてい
た。本発明によれば、ビームガイドパターンのみでな
く、上記した情報管理用信号部、再生専用データ部及び
記録可能部をも同時に形成可能であるので、再生専用型
記録、追記型記録及び書替え可能型記録、あるいはこれ
らを複合させた記録、例えば再生専用データ部と記録可
能部を混在させて固定的・定常的なデータを扱うのみで
なく必要に応じてユーザーがデータを記録できるタイプ
の記録などの種々の記録媒体を製造することができる。
第６図ないし第８図はこれらの記録媒体を示す平面図で
あり、斜線を施した部分７′が屈折率変化を起こした部
分である。第６図は再生専用記録、第７図は追記型記
録、第８図は再生専用データ部と記録可能部を有する記
録の例を示す。第８図は結晶と非晶質の相変化を利用す
る書替え可能型記録の１例であり斜線部分７′が光照射
によって結晶化された部分であり、記録可能部７″が初
期結晶化されている。以上のように、本発明によれば１
種類の基板だけで種々の光記録媒体を提供できる。さら
に、結晶と非晶質との間で相変化が可能な薄膜を用いれ
ば、この１種の薄膜だけで種々の光記録媒体を提供する
ことができる。この場合、本発明の長所をさらに発揮す
ることができる。これについて、以下に説明する。

従来の光記録媒体では、アドレス情報やセクタ識別フ
ラグなどの情報管理用信号は基板表面の凹凸として形成
されており、その読み出しは凹凸部での光の回折現象を
利用して行われていた。一方、記録したピットは、記録
層の反射率変化を利用して読み出しを行うので、再生さ
れた情報管理用信号と記録信号は通常、その振巾値や極
性が異なっていた。例えば開孔タイプの再生信号を第９
図に示す。12は情報管理用信号であり、13は記録信号で
あって、開孔部分は反射率がほとんどゼロの状態である
ので記録信号の振巾V₂の方が大きくなる。また、追記型
相変化タイプの再生信号の場合は第10図に示すように、
情報管理用信号12は回折現象を利用するので反射光量が
減る方向の信号となるのに対して、記録ピット部分は結
晶化により反射率が高くなっているために反射光量が増
える方向の信号14となり極性が異なる。以上のように振
巾値や極性の異なる信号を同時に取り扱うためには、信
号処理系の回路構成が複雑となり装置のコストアップを
招くと共に、データ再生時の信頼性も劣る。これに対し
て、本発明の光記録媒体では、第11図に示されるよう
に、情報管理用信号12、記録信号13、再生専用データ信
号14は、同一の屈折率変化を利用するために、振巾値と
極性を同一にすることができ、そのため回路構成が簡単
で済むと共に、データ再生の信頼性にも優れている。さ
らに、同一の記録層で種々のタイプの光記録媒体を提供
することにより、情報管理用信号、再生専用信号、記録
信号及びトラッキング・フォーカシング制御信号すべて
について媒体間の差をなくすことができるので、再生専
用型、追記型、あるいは書替え可能型などのディスク間
の互換性をもたせることが容易となり、装置の小型化、
コスト低減にも大いに効果がある。

実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの例によってなんら限定されるもの
ではない。

実施例１ 外径120mm、内径15mm、厚さ1.2mmの表面が平坦なディ
スク状のポリカーボネート基板上にスパッタリング法に
より、Sb₂₀Te₅₀Ge₃₀合金薄膜を80nmの厚さに形成した。
この際、同時にガラス基板上にも同様の薄膜を形成し、
製膜直後及び200℃、10分間のアニール処理後について
Ｘ線回折で調べたところ、製膜直後は非晶質であり、ア
ニール処理後は結晶質であった。また、アニール前後の
反射率はそれぞれ22％及び50％であった。

次に、第12図に示すようなスパイラル状にトラック及
び再生専用のデータを形どったパターンをガラス基板上
にCr蒸着したマスクを、スパイラル状トラックの中心と
ディスク中心とが一致するように位置合わせを行い、Cr
面と前記合金薄膜とが接するように固定した。その後、
第13図に示すように、ディスクのセンタ穴15を利用して
真空排気し、マスク16とディスク17を密着させた。次
に、キセノンフラッシュランプに対して約500kWの電力
を供給して、マスク側からフラッシュ光を約2msecの間
照射した。そして、真空排気を止めてマスクを取り外
し、光記録媒体を作製した。

作製した記録媒体を透過顕微鏡で観察したところ、マ
スクとは逆のパターンが結晶化により黒化（透過率が低
い）していた。

この記録媒体を1800rpmで回転しながら、半導体レー
ザーを用いた再生装置により再生を行ったところ、トラ
ックに沿った再生を確認し、かつ良好なS/Nの再生信号
を得ることができた。

実施例２ 外径130mm、内径15mm、厚さ1.2mmの表面が平坦なディ
スク状のガラス基板上にスパッタリング法により、Sb₂₀
Te₅₀Ge₃₀合金薄膜を80nm、SiO₂をを100nmの厚さに形成
した。

次に、第14図に示すような、同心円状にトラッキング
制御用ピット18、アドレス情報ピット19,20、記録可能
領域20及び21を形どったCrマスクを用い、実施例１と同
様の方法でパターン形成を行い光記録媒体を得た。

この記録媒体を1800rpmで回転しながら、半導体レー
ザーを用いた記録・再生装置により再生を行ったとこ
ろ、トラックに沿った再生を確認し、かつ良好にアドレ
ス情報を読み出すことができた。次に、同様の装置で記
録領域20及び21にそれぞれ12mW及び22mWで、結晶化及び
非晶質化による記録を行ったのち、これを再生したとこ
ろ良好な品質の再生信号を得た。さらに、記録領域21に
12mWの連続光を照射して前の記録ピット（非晶質）を消
去（結晶化）したところ、良好に消去を行うことができ
た。

発明の効果 本発明の光記録媒体は、あらかじめ基板表面に凹凸状
の溝又はピットを設ける必要がないため、多くの工程を
省略することができると共に途中の工程でごみの付着な
どにより欠陥が発生することも防ぐことができる。さら
に従来の溝付プラスチック基板では、基板を該プラスチ
ック材料のガラス転移点よりもかなり低い温度環境下に
保管しても、長期間のうちに溝の寸法、形状が変化し
て、その結果、トラッキング用信号が劣化するという欠
点があったが、本発明の光記録媒体では、この点を改善
しうるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光記録媒体の部分断面拡大図、第２図
はその平面拡大図及び反射率を示すグラフ、第３図は本
発明の光記録媒体の製造過程を示す説明図、第４図ない
し第８図とは本発明の光記録媒体記録する場合のそれぞ
れ異なった形式を示す平面拡大図、第９図及び第10図
は、従来の光記録媒体各信号に対する反射光量の変化状
態を示すグラフ、第11図は本発明の光記録媒体の各信号
に対する反射光量の変化状態を示すグラフ、第12図は実
施例で用いたマスクのパターンを示す平面図及びその部
分拡大図、第13図は実施例におけるディスクとマスクと
を密着させるための真空排気方式を示す説明図、第14図
は別の実施例で用いたマスクのパターンを示す平面図及
びその部分拡大図、第15図は従来の光記録媒体の部分断
面拡大図である。 図中１は透明基板、２は凹凸状の溝、３は記録層、７は
光照射により屈折率が変化する部分、７′は光照射によ
り屈折率が変化した部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平坦な表面をもつ透明基板上に、光照射に
   よって非晶質と結晶質との間の相変化を起し、それによ
   って屈折率が変化する材料から成る記録層が設けられ、
   この記録層に非晶質又は結晶質からなる情報パターンが
   書き込まれていることを特徴とする光記録媒体。
2. 【請求項２】記録層がトラック状の結晶質記録用領域を
   有し、それに非晶質により形成された情報パターンが書
   き込まれている請求項１記載の光記録媒体。
3. 【請求項３】記録層がトラック状の非晶質記録用領域を
   有し、それに結晶質により形成された情報パターンが書
   き込まれている請求項１記載の光記録媒体。
4. 【請求項４】平坦な表面をもつ透明基板上に、光照射に
   よって非晶質と結晶質との間の相変化を起し、それによ
   って屈折率が変化する材料から成る記録層を設け、次い
   でこの記録層上に所要のパターンを有するマスクを密着
   させ、このマスクを介して光照射することにより情報パ
   ターンを書き込むことを特徴とする光記録媒体の製造方
   法。