JPWO2003003361A1 - 光記録媒体 - Google Patents

Abstract

凹部２が形成された基板１上に、少なくとも金属膜３と有機色素材料による記録膜４とが順次形成されて成る光記録媒体にあって、凹部の深さを１５ｎｍ〜５０ｎｍに選定した構成として、追記型の次世代光記録媒体において、高い再生出力をはじめとする、すぐれた再生特性を有する光記録媒体を提供する。

Description

技術分野
本発明は、光記録媒体に関わり、特に位相変調型の光記録媒体における再生特性の改善を図る。
背景技術
追記型の光ディスク用記録材料としては、現在、機能性有機色素材料が広く用いられており、特に追記型のコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）として安価に大量に生産されている。
また、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の光学系でも、追記型のＤＶＤ（ＤＶＤ−Ｒ）として追記型の規格がまとめられ、発売されるに至っている。
更に、現在、次世代光記録媒体とされている大容量光記録媒体の光ディスクとして、記録面上に形成された光透過保護膜側から記録面に対して、すなわち光透過保護膜を通じて記録面に対し、青紫色光を用い、対物レンズの開口数Ｎ．Ａ．を０．８５とする規格化検討がなされている。
ところで、この大容量光記録媒体においても、いわゆるアーカイブ目的の大容量光記録媒体、すなわち１回の記録のみがなされ、かつその記録が消去されずに長年に渡って安定に保持することのできる追記型の大容量光記録媒体の必要性が高まっている。
上述した大容量光記録媒体で検討されている規格においては、その記録膜が相変化材料をベースとしているものであるが、追記型の大容量光記録媒体における記録膜として、ＣＤ−Ｒにおけるように、有機色素材料を用いることが、製造の簡易化、コストの低廉化において望ましい。
しかしながら、このような追記型の大容量光記録媒体において、従来の各追記型のＣＤ−Ｒや、ＤＶＤ−Ｒにおける知見を適用することには問題がある。
すなわち、大容量光記録媒体において用いられる光源としては、高記録密度化、すなわち高解像度化から、短波長３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ、例えば４０５±５ｎｍの上述した青紫色光源を適用するが、記録膜として、有機色素材料による構成とする場合、その記録膜を構成する有機色素材料の特性が、ＣＤ−Ｒや、ＤＶＤ−Ｒと相違するものであって、記録膜の有機色素材料の相違による光学定数の相違、単に基板に形成される凹部、例えばトラッキング用の連続したグルーブあるいは断続的グルーブの深さを、この波長の相違に応じて変更するという対応では、優れた再生特性を得る最適化ができない。
また、大容量光記録媒体において、トラックピッチが従来の光記録媒体におけるそれに比して格段に小さい。例えばＣＤにおけるトラックピッチは、１．６μｍであるに比し、大容量光記録媒体におけるトラックピッチは、例えば０．３μｍ程度である。この場合、問題となってくるのが、ディスク基板に形成されるトラッキング用グルーブの側壁の傾きである。
通常のＣＤ等におけるグルーブあるいはピットの凹凸の形成は、ディスク基板の作製において、グルーブやピットに対応する凹凸パターンを有するスタンパを用いた射出成形、２Ｐ法（Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ法）等によって形成するものである。
このスタンパの作製は、原盤作製すなわちフォトレジストを用いたマスタリングによるものであるが、このマスタリングにおけるフォトレジストに対するパターン露光は、通常青色光、紫外光を用いる。しかしながら、上述した大容量光記録媒体におけるように、狭小なトラックピッチにおいては、上述した光によるパターン露光では、グルーブの側壁面がゆるやかな傾斜面となってしまう。
そこで、フォトレジストに対するパターン露光を、電子線描画によって行うとか、光学系において、集光レンズを露光面に近接配置する、いわゆるニアフィールド構成とすることによってスポット径の縮小化を図るなど、グルーブの側壁面を急峻化する方法などの改善化が図れているが、未だ十分な再生出力の改善が図られていない。
発明の開示
本発明においては、上述した追記型の大容量光記録媒体において、高い再生出力をはじめとする、すぐれた再生特性を有する光記録媒体を提供するものである。
本発明による光記録媒体は、凹部が形成された基板上に、少なくとも金属膜と有機色素材料による記録膜とが順次形成されて成り、３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ波長光によって少なくとも再生がなされる光記録媒体であって、凹部の深さを１５ｎｍ〜５０ｎｍに選定した構成とする。
また、その記録膜の有機色素材料は、３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ波長光に対する記録前における屈折率ｎが１．９以上で、記録後において、屈折率変化を生じる有機色素材料によって構成する。
記録膜は、凹部の底面と、凹部間の凸部の上面との双方において、同一膜厚とする構成とする。
この本発明構成による光記録媒体によれば、前述した位相変調方式による再生がなされる追記型の大容量光記録媒体において、最適な信号出力を得ることができた。
発明を実施するための最良の形態
本発明による光記録媒体は、追記型の大容量光ディスクを構成することができる、すなわち光学系の開口数Ｎ．Ａ．が０．８５±０．０５、波長λが３８０ｎｍ〜４５０ｎｍの青紫色領域のレーザによる再生態様、ないしは再生および記録態様を採ることができる構成とするものである。
本発明による光記録媒体１０は、図１にその一例の概略断面図を示すように、凹部２例えばトラッキング用の連続的グルーブあるいは断続的グルーブ等が形成された基板１上に、金属膜３、記録膜４、誘電体膜５が形成され、この上に例えば厚さ０．１ｍｍで光透過性樹脂膜がスピンコートによって成膜された光透過保護膜６が被着形成されて成る。
この光記録媒体１０に対して、光透過保護膜６側から、対物レンズ１１を介して上述の青紫色領域のレーザ光９が入射される。この構成において、レーザ光９の入射側とは反対側への突出部を、凹部２（グルーブ）と呼称し、これら凹部２間の、レーザ光９の入射面に近接する側の面を凸部７（ランド）と呼称する。
そして、特に本発明においては、図２で示す、凹部２の深さＤを１５ｎｍ〜５０ｎｍとする。
また、記録膜４は、記録前において、屈折率ｎが１．９以上の特性を有し、記録後において、屈折率変化を生じる有機色素材料によって構成される。
また、この記録膜４の膜厚は、凹部すなわちグルーブ２の底面と、凸部すなわちランド７上面との双方において、同一膜厚の例えば蒸着膜によって形成される。
本発明による光記録媒体は、そのランドを記録領域とする。
これは、記録膜を構成する有機色素材料を例えば蒸着した場合、凹部（グルーブ）内で記録膜の均質性が損なわれがちで、この不均質性はノイズの原因になることから、ランドを記録領域とするものである。
本発明による光記録媒体を、実施例を挙げて説明する。例えば波長４０５±５ｎｍ、Ｎ．Ａ．０．８５±０．０５に関する光記録媒体について考察すると、凹部２すなわちグルーブの平均幅Ｗは、０．１０μｍ〜０．１４μｍとすることが望まれるものであり、実施例においては、この平均幅Ｗを０．１４μｍに設定した。これは、位相変調モードによる場合、その凹部（グルーブ）の平均幅Ｗと、再生信号振幅の関係をみると、図３に示す曲線となり、再生信号振幅が最大となる平均幅Ｗは、０．１０μｍ〜０．１４μｍとなること、このような細いグルーブを形成するには現段階では技術的に工夫が必要で、この範囲でなるべく広い幅に設定することが有利であること、また、平均幅Ｗが、０．１４μｍから多少ずれても、凹部の深さ設定への影響は殆どないことに因る。
また、トラックピッチは、主にクロストークに関与するものであるが、本発明における目的とするところは、最大出力を得ることであり、本発明においては、これを実現する構成、具体的にはグルーブ２の深さを設定する構成とするものである。
クロストークについては、グルーブ幅を狭くした位相変調モードあれば十分小さくできるものであり、実施例においては、検出信号を評価しやすいように、クロストークのないトラックピッチ０．６μｍに固定した。
また、上述したように、グルーブの底面およびランドの上面の記録膜４の各膜厚は同等とされることから、これらの面からの反射光、すなわち戻り光に対し、同じ複素反射率を有する。
つまり、反射光の位相情報としては、単純に金属反射膜が成膜されている場合と同じとすることができる。この状態でグルーブから得るトラッキングエラー信号は、グルーブの深さがλ／４（具体的には例えば光記録媒体の基板がポリカーボネート（ＰＣ）樹脂であり、波長λ＝４００ｎｍにおいては、グルーブ深さは６７ｎｍ）であるとき、位相が丁度πだけずれることになる。
したがって、ランドとグルーブとからの反射光量が同一である場合、両者からの反射光は打ち消しあって反射光量（戻り光量）は原理的にはゼロとなる。
そして、記録によって記録膜の屈折率が変化することにより、この記録部において位相のずれが生じる。これによって、戻り光すなわち反射光量が上昇し、記録前の前述した反射光量がゼロの状態から、反射光量が大となる方向に変化するいわゆるＬｏｗ ｔｏ Ｈｉｇｈによる記録の読み出しがなされる。
しかしながら、この場合、未記録状態では、反射光量がゼロであることから、記録前の状態ではフォーカシングやトラッキングエラー信号を得ることができず、フォーカシングやトラッキングサーボをかけることができないという不都合や、他の光記録媒体との互換性が得られないという不都合が生じる。
このような不都合に対処してグルーブの深さを上述した関係による６７ｎｍよりも深くする場合は、グルーブの形成において、側壁２ａに傾きが発生するという問題が生じて来る。
つまり、現状では、図２で示す側壁２ａの傾きｔａｎθが１〜２であり、これよりグルーブの深さを深く例えば１００ｎｍとすると、グルーブの平均幅Ｗを上述した０．１４μｍ（１４０ｎｍ）とすると、ランド幅が１４０ｎｍとなり、側壁の傾きの部分が無視できない面積を占めることになる。
このように、傾いた側壁が占める割合が大きくなると、この部分に成膜された記録膜からの信号成分が大きくなり、ノイズが大きくなる。
そこで、グルーブすなわち凹部２の深さはできるだけ浅くして、側壁ができるだけ屹立する面とすることが望まれる。
本発明においては、このような点に対処した光記録媒体を構成するものであり、実施例を挙げて説明する。
〔実施例１〕
この実施例においては、ポリカーボネート樹脂を用いて、射出成形により、表面に凹凸が形成された基板１が用意される。すなわち基板１の１主面に、深さ２０ｎｍのトラッキングガイド用グルーブによる凹部２を形成し、隣り合う凹部２間を記録部とする凸部すなわちランド７を形成した。
この基板１の上述した凹凸が形成された主面上に、厚さ３０ｎｍのＡｇによる金属膜３が蒸着され、この上に、厚さ２５ｎｍに有機色素材料による記録膜４が蒸着によって成膜され、更に、この上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮによる誘電体膜５が形成され、この上に厚さ１００μｍの紫外線硬化樹脂による光透過保護膜６を被覆して光記録媒体、この例では光ディスクを作製した。
この例において、誘電体膜５は、記録膜４と未硬化状態での光透過保護膜６との反応を阻止する隔離層となる。
記録膜４としては、その有機色素の光学定数が、複素屈折率の実部をｎ（屈折率）、虚部をｋ（消光係数）と表記すると、波長４０５ｎｍに対する記録前における（ｎ，ｋ）は、（２．３５，０．０５）であり、記録後が、（１．５，０）と変化する有機色素材料トリフェニルアミン誘導体を用いた。
この場合、金属膜３の厚さを十分大としていることから、記録膜４において、記録前および記録後において、反射率に殆ど変化なく、この反射率は共に５０％程度であった。
この実施例による光ディスクに対して図４に概略平面図を示すように、ランド７に０．６９μｍマークＭと０．６９μｍスペースの繰り返しによって記録し、これを再生した。この再生信号レベルの測定結果を図５に示す。
この場合、信号レベルは光ディスクに対して入射する光強度を１として規格化したものであり、横軸に、トラック長方向位置ｘを採ったものである。
図５で見られるように、再生レーザ光が記録マークＭを通過するときにマークＭ中の反射光の位相が変化することで周辺からの反射光との干渉が生じ、戻り光量が低下していることが分かる。これは基本的には、ＣＤ−Ｒや、ＤＶＤ−Ｒの記録モードと同じである。
このように、理想的な再生信号が得られた。
〔実施例２〕
この実施例においては、実施例１と同じ条件で、グルーブ２の深さＤを１０ｎｍ，２０ｎｍ，３０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎｍと変更した光ディスクを作製した。これら深さＤを変更した各光ディスクによる再生信号のマーク中心部とスペース中心部の間の信号強度差、すなわち信号振幅を縦軸に採った結果を図６に示す。
図６に示すように、実施例１の膜構成において、信号振幅は、グルーブ深さＤが２０ｎｍ前後で最大値を採り、これより深さが小、あるいは大で信号振幅が低下している。
すなわち、グルーブ深さＤが２０ｎｍ近傍で、最も大きな変調度が実現できることが分かる。
ところで、再生信号特性は、信号振幅のみによって最適化されるものではなく、反射率が低すぎては、フォーカスサーボやトラッキングサーボをかけることができないとか、電気回路におけるアンプノイズや、光源のショットノイズが大となってサーボが不安定になるという問題が生じる。
このような問題が回避されてサーボを確実にかけるためには、最低１０％以上の戻り光量が必要となる。
一方、光記録媒体、例えば光ディスクにおける信号の変調度は０．５以上あることが望ましいとされている。
この変調度とは、信号振幅を記録前の反射率で割ったものであり、信号振幅が大きくても反射率が高い場合、記録後の戻り光は理想的に低下しない。
図７は、グルーブの深さと、記録前の反射率（曲線７１）と変調度（曲線７２）との関係を測定した結果を示したものである。
反射率は、グルーブの深さが深くなるにつれて、記録前の位相のずれがπに近づくために低下する。この反射率が上述した１０％以上であるためには、グルーブの深さＤは４０ｎｍ以下に選定すればよいことが分かる。
そして、変調度を上述した０．５以上とする深さＤは、１５ｎｍとなる。
つまり、グルーブすなわち凹部２の深さＤは、１５ｎｍ〜４０ｎｍに選定することによって理想的な再生信号が得られる。
また、記録膜４の膜厚は、この実施例では約２５ｎｍとしたが、この膜厚は、ＣＤ−Ｒの場合の２００ｎｍ以上の膜厚であることに比較すると、きわめて薄いものであり、このように薄い膜厚で十分な変調が取れる構成は、従来の構成では得難いものである。言い換えれば、本発明によれば、記録膜を薄く構成することができるという効果をもたらすものである。
〔実施例３〕
この実施例においては、光記録媒体に対する光照射の戻り光量を大とする場合である。
戻り光量を大とするには金属膜３の膜厚を大とすればよいが、この膜厚が余り大となると凹部２すなわちグルーブ内を埋込んでしまうことになり、ノイズの原因となる。この実施例においては、膜構成を変更した。
すなわち、実施例１におけるように、グルーブが形成されたＰＣ（ポリカーボネート）樹脂基板１上に、厚さ３０ｎｍのＡｇによる金属膜３、有機色素材料による厚さ２５ｎｍの記録膜４、ＳｉＮによる誘電体膜５、光透過保護膜６を成膜するものであるが、この実施例においては、ＳｉＮによる誘電体膜５の膜厚と、記録膜４の有機色素材料を変更した。すなわち誘電体膜５の膜厚を２０ｎｍとし、記録膜４の有機色素材料の基体をトリフェニルアミン誘導体で記録前の波長４０５ｎｍに対する屈折率ｎが２．３０、消光係数０．１３４とした。
この場合のグルーブ深さＤと再生信号の振幅との関係の測定結果を図８に示す。
また、図９にグルーブ深さＤと、反射率（曲線９１）と変調度（曲線９２）との関係の測定結果を示す。
これら図８および図９から明らかなように、振幅に関しては実施例２と殆ど変わることがなく、その最大値を示すグルーブ深さＤが幾分シフトして２５ｎｍ程度となる。しかしながら、反射率が全般的に高くされ、反射率１５％を示すグルーブ深さが５０ｎｍ程度、変調度０．５以上の範囲が２５ｎｍ程度となる。
つまり、グルーブすなわち凹部２の深さＤは、２５ｎｍ〜５０ｎｍに選定することによって理想的な再生信号が得られる。
すなわち、実施例２および実施例３から基板１におけるグルーブすなわち凹部２の深さは、１５ｎｍ〜５０ｎｍにおいて、膜構成の選定によって良好な再生信号が得られる光記録媒体が得られるものである。
すなわち、本発明によれば、上述した短波長すなわち３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ、高Ｎ．Ａ．すなわち０．８５±０．０５による光学系に適用できる光記録媒体が実現され、高密度記録が可能となる。
尚、本発明構成において、光記録媒体は、上述した実施例に限定されるものではなく、変形変更を行うことができるものであり、例えば記録膜の成膜を蒸着によらない成膜方法をとることもできる。
上述したように、本発明による有機色素材料を記録膜として用いる光記録媒体は、その基板凹部の深さを浅く選定して十分な再生出力が得られる構成とすることができたことから、基板の作製が容易となり、また、凹部の深さが深い場合の、側壁の傾き、荒れによるノイズの発生の問題が回避される。
また、このような基板において、記録膜の膜厚を２０ｎｍという膜厚にできることから、コストの低減化、スループットの改善が図られ、コストの低減化を図ることができるものであり、更に熱特性の最適化が容易になり、蒸着による成膜が可能となる。
このようにして、本発明によれば、上述した短波長、高Ｎ．Ａ．による光学系に適用できる光記録媒体が実現され、高密度記録、すなわち大容量の光記録媒体を構成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による光記録媒体の基本構造を示す断面図であり、図２は、本発明の説明に供する光記録媒体の凹部の断面図であり、図３は、本発明の説明に供するグルーブ幅と信号振幅の関係を示す図であり、図４は、本発明による光記録媒体における記録状態を示す模式的平面図であり、図５は、本発明の説明に供する光記録媒体のトラック長方向の再生信号レベルを示す図であり、図６は、本発明の説明に供する光記録媒体の信号振幅のグルーブ深さ依存性を示す図であり、図７は、本発明の説明に供する光記録媒体の反射率および変調度のグルーブ深さ依存性を示す図であり、図８は、本発明の説明に供する光記録媒体の信号振幅のグルーブ深さ依存性を示す図であり、図９は、本発明の説明に供する光記録媒体の反射率および変調度のグルーブ深さ依存性を示す図である。
引用符号の説明
１ ・・・・・・ 基板
２ ・・・・・・ 凹部（グループ）
３ ・・・・・・ 金属膜
４ ・・・・・・ 記録膜
５ ・・・・・・ 誘電体膜
６ ・・・・・・ 光透過性保護膜
７ ・・・・・・ 凸部（ランド）
９ ・・・・・・ レーザ光
１０ ・・・・・・ 光記録媒体
１１ ・・・・・・ 対物レンズ
Ｍ ・・・・・・ 記録マーク

Claims (2)

1. 凹部が形成された基板上に、少なくとも金属膜と有機色素材料による記録膜とが順次形成されて成り、波長が３８０ｎｍ〜４５０ｎｍの光によって少なくとも再生がなされる光記録媒体にあって、
   上記凹部の深さが１５ｎｍ〜５０ｎｍに選定され、
   上記記録膜の有機色素材料は、記録前において上記波長に対する屈折率ｎが１．９以上で、記録後において屈折率変化を生じる有機色素材料とされ、
   上記記録膜は、上記凹部の底面と、上記凹部間の凸部の上面との双方において、同一膜厚とされたことを特徴とする光記録媒体。
2. 上記記録膜は、上記有機色素材料の蒸着膜によって形成されたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光記録媒体。

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