JPWO2005023553A1 - 光学的情報記録媒体及び光学的情報記録再生装置 - Google Patents

光学的情報記録媒体及び光学的情報記録再生装置 Download PDF

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Abstract

光学的情報記録媒体において、透明樹脂基板(1)上に、第1の誘電体層(2)、記録層(3)、第2の誘電体層(4)及び反射層(5)をこの順に積層する。記録層(3)においては、SiO2等の誘電体からなる母相(6)中に微結晶粒(7)を分散させる。記録層(3)の厚さは7乃至15nmとし、微結晶粒(7)の粒径は3乃至7nmとする。微結晶粒(7)は、0.3乃至25質量%のPd及び0.3乃至25質量%のCuを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgPdCu合金により形成する。そして、この光学的情報記録媒体に、波長が380乃至430nmの青紫色半導体レーザ光を照射して情報を記録及び再生する。

Description

本発明は、レーザ光の照射により情報が記録及び再生される光学的情報記録媒体及びこの光学的情報記録媒体に情報を記録し再生する光学的情報記録再生装置に関する。
CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory:読出専用コンパクトディスク)及びDVD−ROM(Digital Versatile Disc−ROM:読出専用DVD)の急速な普及に伴い、近時、CD−R(Compact Disc Recordable)及びDVD−R(Digital Versatile Disc Recordable)といったユーザによって1回だけ記録可能な追記型の光学的情報記録媒体(以下、光記録媒体、又は単に媒体ともいう)の普及も加速的に進んでいる。前述のCD−R及びDVD−Rにおいては、記録層として感光性の色素層がスピン塗布又は蒸着等により基板上に形成されている。そして、CD−ROM等と同等な反射率を実現するために、色素層の上にAl又はAu等の金属材料からなる反射層が形成されている。情報の記録及び再生に使用されている半導体レーザ光の波長は、CD−Rでは780nm程度であり、DVD−Rでは650nm程度である。そして、色素材料には、このような波長の半導体レーザ光に対して記録可能な程度の光吸収率を実現できるような材料が使用されている。
一方、近時、青紫色半導体レーザに関する研究開発が急速に進展しており、これによって、波長が380乃至430nmの半導体レーザの実用化が近づいている。光記録媒体の記録密度は主として情報の記録再生に使用される光ビームの集光スポットサイズによって決まる。集光スポットサイズはビーム光の波長に比例するため、記録再生用のレーザ光として、現在実用化されている赤色半導体レーザよりも波長が短い青紫色半導体レーザ光を使用することにより、集光スポットサイズが小さくなり、光記録媒体の記録容量が大幅に増えるものと期待されている。
このような青紫色半導体レーザ光を使用する光記録媒体としては、上述の感光性の色素層を使用する方法の他に、記録層としてAu、Ag又はCu等の金属からなる微小な粒子を離散的に分布させた島状金属極薄膜を使用し、この薄膜を透明な有機樹脂からなるスペーサ層を介して積層させた光記録媒体が提案されている。島状金属極薄膜は、蒸着又はスパッタリング等による金属膜の成膜をその初期段階で停止することにより得ることができる。この光記録媒体は、レーザ光の照射による透明樹脂のバブルフォーミング又は2種類の金属の相互拡散を利用してマークを形成するものである(例えば、特許文献1(特開2002−11957号公報)及び非特許文献1(第50回応用物理学関係連合講演会、講演予稿集27p−ZW−4)参照。)。
また、PC(Poly−Carbonate:ポリカーボネート)基板上に記録層として金属又は半導体等からなる薄膜を積層し、レーザ光の照射によってこの薄膜を加熱して加熱部分の薄膜及び基板を変形させて情報の記録を行う光記録媒体も提案されている。
特開2002−11957号公報 第50回応用物理学関係連合講演会、講演予稿集27p−ZW−4
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。先ず、記録層として色素層を使用する光記録媒体においては、波長が380乃至430nmの範囲にある青紫色半導体レーザ光に適した色素材料は未だ開発途上にあり、実用に耐え得る材料が開発されていない。即ち、色素層にマークを形成して一旦情報を記録した後に、このマークに再生用のレーザ光を照射し続けると、記録された情報が劣化してしまう。また、色素層を形成した光記録媒体は、基板上に色素材料をスピンコートにより塗布した後に、改めてスパッタリング等により反射層を形成しなくてはならないため、光記録媒体の作製プロセスが煩雑になるという問題点がある。更に、色素層を記録層に用いた媒体では、記録層の透過率が低いため、2層以上の記録層が形成され多層記録が可能な光学的情報記録媒体を作製することができないという問題点もある。
また、記録層としてAu、Ag又はCu等からなる微小な金属粒子を離散的に分布させた島状金属極薄膜を使用し、この島状金属極薄膜を有機樹脂膜により挟んだ光記録媒体は、記録層の構造として、直径が数nmから数10nm程度の金属粒子が2次元的に分布した離散的な粒子構造を有している。そのため、金属粒子の量は極めて微量であり、情報記録時にディスクを高速で回転させると記録用レーザ光のパワーが不足し、信号品質が高い記録マークを形成することが困難である。また、金属粒子が2次元的に分布した離散的な粒子構造を有することから、再生時にノイズが高くなる。更に、島状の金属膜を形成するためには、その膜厚を10nm以下程度の極めて薄い範囲に限定しなくてはならず、膜厚の制御が困難である。更にまた、有機樹脂膜をスピンコーティングにより形成するため、製造工程が煩雑になる。
更に、レーザ光を照射することにより薄膜及び基板を変形させて情報の記録を行う光記録媒体においては、記録時に基板が変形するため、ノイズの上昇が著しく、ノイズが低い再生信号を得ることが困難である。特に、高密度化のために溝ピッチを狭くしたり、基板の溝部及びこの溝部間に形成される平坦なランド部の双方に記録を行うランド/グルーブ記録を行ったりすると、記録時の基板の変形が隣接した記録領域にも影響を与えるため、高密度記録が困難である。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、作製が容易であり、記録再生光として青紫色半導体レーザ光を使用する場合においても再生信号の品質が高く、多層記録が可能である光学的情報記録媒体及びこの光学的情報記録媒体に情報を記録し再生する光学的情報記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光学的情報記録媒体は、基板及びこの基板上に形成された記録層を備え、この記録層に光を照射することにより情報を記録及び再生する光学的情報記録媒体において、前記記録層が、誘電体からなる母相と、この母相中に分散され金属又は合金からなる複数の微結晶粒と、を有し、前記記録層に光が照射されることによりこの光が照射された部分における前記微結晶粒の大きさが変化して情報が記録されることを特徴とする。
本発明においては、記録層に光を照射することにより、記録層の照射部分における微結晶粒の大きさが変化して、この照射部分の反射率が変化する。これにより、記録層の照射部分にマークが形成され、情報を記録することができる。また、この光学的情報記録媒体を製造する際に、スピンコーティング等の手段により有機樹脂膜を形成する必要がないため、製造が容易である。
また、前記微結晶粒が、Ag、Cu、In、Pd及びTeからなる群から選択された1種の金属又は2種以上の金属からなる合金により形成されていることが好ましい。更に、前記微結晶粒が、0.3乃至25質量%のPd及び0.3乃至25質量%のCuを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgPdCu合金により形成されているか、又は、前記微結晶粒が、38乃至55質量%のTeを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgTe合金により形成されているか、又は、前記微結晶粒が、40乃至95質量%のInを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなるCuIn合金により形成されていることがより好ましい。これにより、良好な記録再生特性と良好な耐食性とを両立させることができる。
更に、前記記録層が複数の層からなり、この複数の層間にこの複数の層を相互に分離する光学分離層が形成されていてもよい。これにより、複数の層に夫々情報を記録することができ、光学的情報記録媒体の記録密度が向上する。
更にまた、前記光が、波長が380乃至430nmのレーザ光であることが好ましい。これにより、記録層上に小さなスポットを形成することができ、記録密度を向上させることができる。
本発明に係る光学的情報記録再生装置は、前記光学的情報記録媒体に対して光を照射して前記記録層の前記光の照射部分における前記微結晶粒の大きさを変化させてこの部分の反射率を変化させることにより情報を記録し、前記記録層の反射率の違いを検出することにより前記情報を再生することを特徴とする。
本発明によれば、光を照射することにより、記録層の微結晶粒の大きさを変化させて、情報を記録することができる。これにより、記録及び再生用の光として青紫色半導体レーザ光を使用しても、再生信号の品質が高く、製造が容易な光学的情報記録媒体を実現することができる。
本発明の第1の実施形態に係る光学的情報記録媒体を示す断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る光学的情報記録媒体を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る光学的情報記録媒体を示す断面図である。 本発明の第5の実施形態に係る光学的情報記録再生装置を示すブロック図である。 横軸に記録時及び再生時における光ディスク媒体の線速をとり、縦軸に8T信号のC/N比をとって、再生信号品質に及ぼす線速の影響を示すグラフ図である。
符号の説明
1;透明樹脂基板
2、2a;第1の誘電体層
2b;第3の誘電体層
3;記録層
3a;第1の記録層
3b;第2の記録層
4、4a;第2の誘電体層
4b;第4の誘電体層
5;反射層
6;母相
7;微結晶粒
8;光学分離層
9;ダミー用の透明樹脂基板
100;ディスク
101;スピンドルモータ
102;回転制御回路
103;サーボ制御回路
104;光ヘッド
105;記録再生回路
106;Wobble検出回路
107;アドレス検出回路
108;記録データ処理回路
109;同期信号生成回路
110;再生データ処理回路
111;インターフェイス
112;コントローラ
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は本実施形態に係る光学的情報記録媒体を示す断面図である。なお、本明細書において、図面の縦方向及び横方向の尺度並びに縦横比は任意である。
図1に示すように、本実施形態に係る光記録媒体においては、ディスク状の透明樹脂基板1が設けられている。透明樹脂基板1の直径は例えば120mmであり、厚さは例えば0.6mmであり、表面に案内溝又はプリピット(図示せず)が形成されている。そして、透明樹脂基板1上には、第1の誘電体層2、記録層3、第2の誘電体層4及び反射層5がこの順に積層されている。そして、反射層5上に、紫外線硬化樹脂層(図示せず)を介して、厚さが0.6mmのダミー用の透明樹脂基板(図示せず)が貼り合わされている。透明樹脂基板1及びダミー用透明樹脂基板は、例えばPC基板である。また、第1の誘電体層2及び第2の誘電体層4は、例えばZnS−SiOにより形成されている。更に、反射層5は、例えばAlTi合金により形成されている。
そして、記録層3においては、誘電体からなる母相6に金属又は合金からなる微結晶粒7が分散されている。母相6を形成する誘電体は例えば酸化物誘電体であり、例えば酸化珪素(SiO)である。また、微結晶粒7を形成する金属又は合金は、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、インジウム(In)、パラジウム(Pd)及びテルル(Te)からなる群から選択された1種の金属又は2種以上の金属からなる合金であり、例えば、0.3乃至25質量%のPd及び0.3乃至25質量%のCuを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgPdCu合金である。また、記録層3の厚さは例えば5乃至25nmであり、例えば7乃至15nmであり、記録層3は多結晶膜である。記録層3における微結晶粒7の含有率は例えば30乃至80体積%である。更に、微結晶粒7の粒径は10nm以下であることが好ましく、例えば3乃至7nmである。
なお、母相6を形成する誘電体は酸化珪素(SiO)に限定されず、例えば、酸化アルミニウム(Al)又は酸化タンタル(Ta)であってもよい。又は、母相6を形成する誘電体は窒化物誘電体であってもよく、例えば、窒化珪素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)若しくは窒化タンタル(TaN)であってもよい。又は、2種以上の上記酸化物及び/又は窒化物の混合物又は化合物であってもよい。
また、微結晶粒7を形成する金属又は合金はAgPdCu合金には限定されず、例えば、38乃至55質量%のTeを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgTe合金でもよく、40乃至95質量%のInを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなるCuIn合金であってもよい。これらの場合も、微結晶粒7の含有率及び粒径は上記範囲にあることが好ましい。
以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
記録層の厚さ:5乃至25nm
記録層の厚さが5nm未満であると、記録層における光の透過率が高くなり、記録層における光の吸収率が低下し、情報の記録が困難になる。一方、記録層の厚さが25nmを超えると、記録層における光の反射率が高くなりすぎて、やはり光の吸収率が低下し、情報の記録が困難になる。従って、記録層の厚さは5乃至25nmであることが好ましい。より好ましくは、7乃至15nmである。
微結晶粒をAgPdCu合金により形成する場合のPd及びCuの各含有量:0.3乃至25質量%
本来、Agの単体は硫黄及び塩素成分に対する耐食性が低い。一方、Pdは硫黄及び塩素に対しては安定な物質である。そこで、AgにPdを0.1乃至30.0質量%の範囲で添加すると、耐食性が向上する。但し、AgPdのみからなる合金では高温高湿雰囲気中における耐食性が低く、高温高湿雰囲気中に媒体を放置すると腐食が発生する場合がある。しかし、AgPd合金にCuを0.1乃至30.0質量%の範囲で添加すると、高温高湿雰囲気中における耐食性がより向上する。また、上記成分範囲において、Pbの含有量が0.3乃至25質量%であり、Cuの含有量が0.3乃至25質量%であると、記録再生特性が特に良好である。従って、AgPdCu合金におけるPd及びCuの含有量は、夫々0.3乃至25質量%であることが好ましい。
微結晶粒をAgTe合金により形成する場合のTeの含有量:38乃至55質量%
前述の如く、Ag単体では硫黄及び塩素成分に対する耐食性が低いが、Teを33質量%以上添加することにより、硫黄及び塩素に対する耐食性が向上する。一方、AgTe合金中のTe含有量を増加させていくと、これに伴いAgTe合金の融点は低下していく。AgTe合金の融点が高すぎると、情報を記録するために高いレーザパワーが必要となり、AgTe合金の融点が低すぎると、記録した情報の保存安定性が低下する虞がある。AgTe合金を上述した記録層の微結晶粒を形成する合金として使用する際には、AgTe合金の融点は400乃至700℃の範囲であることが望ましい。この融点に対応するTeの添加量は38乃至55質量%である。従って、AgTe合金におけるTeの含有量は38乃至55質量%であることが望ましい。
微結晶粒をCuIn合金により形成する場合のInの含有量:40乃至95質量%
Cu単体の融点は約1083℃であり、Cuのみにより微結晶粒を形成すると、レーザ光を照射して情報を記録するためには、極めて高いレーザパワーが必要となる。そこで、Cuに融点が低いInを添加し、Cu単体よりも融点が低いCuIn合金により微結晶粒を形成することが好ましい。前述の如く、微結晶粒を形成する材料の融点は400乃至700℃程度であることが好ましいが、Inの添加量を40乃至95質量%とすると、CuIn合金の融点はこの温度範囲になる。また、この組成範囲のCuIn合金により微結晶粒を形成すると、再生特性も良好である。従って、CuIn合金におけるInの含有量は40乃至95質量%であることが好ましい。
次に、本実施形態に係る光記録媒体の製造方法について説明する。予め、レーザ光をガイドする案内溝又はプリピット(図示せず)が形成された透明樹脂基板1上に、インライン型のスパッタ装置により、以下に示す各層を順次形成する。先ず、スパッタリングによりZnS−SiO膜を成膜し、これにより第1の誘電体層2を形成する。次に、例えば、SiOからなるターゲットとAlCuPd合金からなるターゲットの2つのターゲットを同時に使用して、共スパッタを行う。これにより、SiOからなる母材6中にAlCuPd合金からなる微結晶粒7が分散された記録層3を形成する。次に、スパッタリング法によりZnS−SiO膜を成膜し、第2の誘電体層4を形成する。次に、スパッタリング法により、AlTi合金膜を成膜し、反射層5を形成する。次に、紫外線硬化樹脂層を介して、反射層5にダミー用の透明樹脂基板を積層し、紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂層を硬化させて、反射層5にダミー用透明樹脂基板を貼り合わせる。これにより、本実施形態に係る光記録媒体が製造される。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る光記録媒体の動作について説明する。この光記録媒体に情報を記録する場合は、記録用レーザ光として、透明樹脂基板1側から波長が例えば380乃至430nmである青紫色半導体レーザ光を入射させる。この記録用レーザ光は透明樹脂基板1及び第1の誘電体層2を透過して記録層3に照射される。また、記録層3を透過したレーザ光は第2の誘電体層4を透過し、反射層5により反射されて再び第2の誘電体層4を透過し、記録層3に照射される。これにより、記録層3におけるレーザ光が照射された部分が加熱され、この部分の微結晶粒7が溶融し、相互に隣り合う微結晶粒7同士が凝集し、この結果、微結晶粒7の粒径がレーザ光の照射前よりも大きくなる。この粒径の変化に伴い、記録層3のレーザ光照射部分の光学定数、例えば屈折率及び消衰係数が変化し、反射率が低下する。例えば、レーザ光照射前に20%であった記録層3の反射率が、レーザ光照射により7%に低下する。これにより、記録層3におけるレーザ光が照射された部分に、周囲よりも光の反射率が低いマークが形成され、情報が記録される。
そして、この情報を再生する場合には、前述の記録用レーザ光よりも強度が低い再生用レーザ光を透明樹脂基板1側から入射させる。この再生用レーザ光の波長は例えば記録用レーザ光の波長と同じでよい。この再生用レーザ光が透明樹脂基板1及び第1の誘電体層2を透過して記録層3に照射され、記録層3により反射されて、再び第1の誘電体層2及び透明樹脂基板1を透過して光記録媒体の外部に出力される。また、記録層3を透過したレーザ光は、第2の誘電体層4を透過して反射層5により反射され、再び第2の誘電体層4、記録層3、第1の誘電体層2及び透明樹脂基板1を透過して外部に出力される。このとき、記録層3におけるマーク(記録部)とそれ以外の部分(非記録部)とでは光の反射率が異なるため、マークとそれ以外の部分とで光の戻り光量(反射光量)が異なる。この光量差を検出することにより、記録層3に記録された情報を読み出すことができる。
本実施形態においては、上述の如く、レーザ光の照射により微結晶粒を溶融・凝集させて粒径を変化させることにより情報を記録しているため、青紫色半導体レーザ光を使用する場合においても再生信号の品質が高い。また、記録層に色素を使用しないため、記録マーク部が劣化することがない。更に、記録時のレーザ光照射部のPC基板が変形することがないため、再生時にノイズが増加することはない。更にまた、前述の特許文献1及び比特許文献1に記載された光記録媒体においては、透明樹脂層のバブルフォーミングにより粒子の分布の乱れを生じさせてマークを形成しているが、本実施形態においては、微結晶粒を溶融・凝集させてその大きさ及び形状を変化させてマークを形成している。このため、本実施形態においては、前述の特許文献1及び比特許文献1に記載された技術と比較して、マーク部と非マーク部との反射率の差が大きく、再生信号の品質が高い。このため、本実施形態に係る光記録媒体は、ランド/グルーブ記録のような高密度記録再生にも適している。
更にまた、第1の誘電体層2から反射層5までをスパッタリング法のみにより連続的に形成することができ、途中でスピンコート法等により樹脂層を形成する必要がないため、製造プロセスが単純であり、作製が容易である。また、極薄層を成膜する必要がないため、作製条件の制御が容易である。更に、記録層を合金ターゲット及び誘電体ターゲットを使用した共スパッタにより形成しているため、母相内に微結晶粒が均一に分散された多結晶膜を形成することができる。この結果、レーザ光として青紫色半導体レーザ光を使用でき、再生信号の品質が高く、作製が容易である光記録媒体を実現することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2は本実施形態に係る光学的情報記録媒体を示す断面図である。図2に示すように、本実施形態に係る光記録媒体においては、直径が例えば120mmであり厚さが例えば1.2mmであるディスク状の透明樹脂基板1が設けられている。この透明樹脂基板1上に、反射層5、第1の誘電体層2、記録層3及び第2の誘電体層4が基板1側からこの順に積層されている。そして、第2の誘電体層4上に、紫外線硬化樹脂層(図示せず)を介して、厚さが100μmの透明なPCフィルム(図示せず)が接着されており、PCカバー層となっている。また、記録層3においては、誘電体からなる母相6に金属又は合金からなる微結晶粒7が分散されている。母相6を形成する誘電体は例えば酸化物誘電体であり、例えば酸化珪素(SiO)である。微結晶粒7を形成する金属又は合金は、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、インジウム(In)、パラジウム(Pd)及びテルル(Te)からなる群から選択された1種又は2種以上の金属からなる金属又は合金であり、例えば、0.3乃至25質量%のPd及び0.3乃至25質量%のCuを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgPdCu合金である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本実施形態に係る光記録媒体の製造方法について説明する。先ず、透明樹脂基板1上に、例えばスパッタリング法によりAlTi合金膜を成膜し、反射層5を形成する。次に、スパッタリング法によりZnS−SiO膜を成膜して、第1の誘電体層2を形成する。次に、引き続きスパッタリング法により、例えば、SiOからなるターゲットとAlCuPd合金からなるターゲットの2つのターゲットを同時に使用して、共スパッタを行う。これにより、SiOからなる母材6中にAlCuPd合金からなる微結晶粒7が分散された記録層3が形成される。次に、スパッタリング法によりZnS−SiO膜を成膜し、第2の誘電体層4を形成する。次に、紫外線硬化樹脂層を介して、第2の誘電体層4に光透過層として透明なPCフィルムを接着し、PCカバー層を形成する。これにより、本実施形態に係る光記録媒体が製造される。本実施形態に係る光記録媒体においては、記録用レーザ光及び再生用レーザ光はPCフィルム側から入射される。本実施形態における動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図3は本実施形態に係る光学的情報記録媒体を示す断面図である。図3に示すように、本実施形態に係る光記録媒体においては、2層の記録層が設けられている。即ち、直径が例えば120mmであり厚さが例えば0.6mmであるディスク状の透明樹脂基板1が設けられており、この透明樹脂基板1上に、基板1側から順に、第1の誘電体層2a、第1の記録層3a、第2の誘電体層4a、光学分離層8、第3の誘電体層2b、第2の記録層3b、第4の誘電体層4b、反射層5、紫外線硬化樹脂層(図示せず)及びダミー用の透明樹脂基板9が積層されている。第1の記録層3aの厚さは例えば7nmであり、第2の記録層3bの厚さは例えば12nmである。また、第1の記録層3a及び第2の記録層3bにおいては、母相6中に微結晶粒7が分散されている。更に、光学分離層8は例えば紫外線硬化樹脂により形成されている。本実施形態に係る光記録媒体においては、記録用レーザ光及び再生用レーザ光は透明樹脂基板1側から入射される。本実施形態における上記以外の構成、製造方法及び動作は、前述の第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、記録層に色素材料を使用していないため、記録層の透過率を高くすることができ、記録層を2層形成することができる。これにより、記録層が1層である光記録媒体と比較して、記録密度を2倍にすることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。本実施形態に係る光記録媒体おいては、厚さが例えば1.2mmである透明樹脂基板上に、反射層、誘電体層、第2の記録層、誘電体層、光学分離層、誘電体層、第1の記録層、誘電体層、紫外線硬化樹脂層及びPCカバー層がこの順に積層されている。また、この光記録媒体には、PCカバー層側から記録用レーザ光及び再生用レーザ光が入射される。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第3の実施形態と同様である。
なお、前述の第3及び第4の実施形態においては、記録層が2層である場合を示したが、記録層は3層以上であってもよい。これにより、記録密度をより一層増加させることができる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第1乃至第4の実施形態に係る光記録媒体に対して情報の記録及び再生を行う光学的情報記録再生装置(以下、単に記録再生装置ともいう)の実施形態である。図4は本実施形態に係る光学的情報記録再生装置を示すブロック図である。図4に示すように、本実施形態に係る記録再生装置においては、光記録媒体であるディスク100を支持して回転させるスピンドルモータ101が設けられており、このスピンドルモータ101の回転を制御する回転制御回路102が設けられている。なお、ディスク100は前述の第1乃至第4のいずれかの実施形態に係る光記録媒体である。
また、この記録再生装置には光ヘッド104が設けられており、光ヘッド104には、ディスク100に対して波長が例えば380乃至430nmの青紫色半導体レーザ光を記録用レーザ光及び再生用レーザ光として照射するレーザ光源(図示せず)、及びディスク100からの戻り光を検出する光検出器(図示せず)が設けられている。更に、光ヘッド104の位置制御、フォーカス制御及びトラッキング制御を行うサーボ制御回路103が設けられている。
更にまた、記録時においては光ヘッド104内のレーザ光源を駆動し、回転する光ディスク100の所定の位置に記録用レーザ光を集光して情報の記録を行い、再生時においては光ヘッド104内のレーザ光源に再生用レーザ光を出力させると共に、光ヘッド104内の光検出器にディスク100からの戻り光を検出させ、この検出結果に基づいて記録情報の再生を行う記録再生回路105が設けられている。また、記録再生回路105は光検出器の出力信号に基づいて、ディスク100に記録された情報に基づく再生データ信号の他に、ディスク上の照射位置を示すWobble信号、フォーカス誤差を示すフォーカスサーボ誤差信号及びトラッキング誤差を示すトラッキングサーボ誤差信号等の信号を生成する。
また、記録再生回路105から出力される信号に基づいてWobble信号を検出するWobble検出回路106が設けられており、このWobble検出回路106の出力信号を復調し復号化することによって光ディスク100上の光ビームの収束位置を示すアドレス情報を検出するアドレス検出回路107が設けられている。更に、Wobble検出回路106の出力信号に基づいて同期信号を生成する同期信号生成回路109が設けられており、この同期信号生成回路109からの同期信号に基づいて、記録再生回路105から出力される再生データ信号を復調し再生データ信号の誤り訂正を行って再生データを生成する再生データ処理回路110が設けられている。
更にまた、再生データ処理回路110から再生データが入力され、この再生データを外部のホストコンピュータ(図示せず)に対して出力すると共に、ホストコンピュータから記録データ及び記録/再生指示データが入力され、記録データを記録データ処理回路108に対して出力し、記録/再生指示データを後述するコントローラ112に対して出力するインターフェイス111が設けられている。
更にまた、インターフェイス111から記録データが入力され、この記録データにエラー訂正符号を付加すると共に記録に適したフォーマットに変換して変調して記録再生回路105に対して出力する記録データ処理回路108が設けられている。更にまた、インターフェイス111から記録/再生指示データが入力され、アドレス検出回路107からアドレス情報が入力され、サーボ制御回路103からフィードバック信号が入力され、回転制御回路102、サーボ制御回路103及び記録再生回路105を制御するコントローラ112が設けられている。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る記録再生装置の動作について、図4を参照して説明する。先ず、ディスク100に情報を記録する場合の動作について説明する。先ず、ホストコンピュータから記録指示データ及び記録データがインターフェイス111に入力される。インターフェイス111は記録指示データをコントローラ112に対して出力すると共に、記録データを記録データ処理回路108に対して出力する。コントローラ112は回転制御回路102に対して制御信号を出力し、回転制御回路102はスピンドルモータ101を駆動させてディスク100を回転させる。
一方、記録データ処理回路108が、インターフェイス111から入力された記録データにエラー訂正符号を付加し、記録に適したフォーマットに変換し、変調して記録再生回路105に対して出力する。そして、記録再生回路105がこの記録データに基づいて光ヘッド104内のレーザ光源を駆動し、このレーザ光源が回転する光ディスク100の所定の位置に記録用レーザ光を集光する。この記録用レーザ光は、波長が例えば380乃至430nmの青紫色半導体レーザ光である。これにより、前述の第1の実施形態において説明した原理により光ディスク100の記録層にマークが形成され、情報が記録される。
このとき、光ヘッド104の光検出器は検出信号を記録再生回路105に対して出力し、記録再生回路105はこの信号に基づいて、Wobble信号、フォーカスサーボ誤差信号及びトラッキングサーボ誤差信号を生成し、Wobble検出回路106に対して出力する。Wobble検出回路106は記録再生回路105の出力信号に基づいてWobble信号を検出し、フォーカスサーボ誤差信号及びトラッキングサーボ誤差信号と共にアドレス検出回路107に対して出力すると共に、Wobble信号を同期信号生成回路109に対して出力する。
アドレス検出回路107は、Wobble検出回路106の出力信号を復調し復号化することによって、光ディスク100上の光ビームの収束位置を示すアドレス情報を検出し、フォーカスサーボ誤差信号及びトラッキングサーボ誤差信号と共にコントローラ112に対して出力する。そして、コントローラ112は、アドレス情報、フォーカスサーボ誤差信号及びトラッキングサーボ誤差信号に基づいて、サーボ制御回路103を制御し、サーボ制御回路103が光ヘッド104の位置制御、フォーカス制御及びトラッキング制御を行う。このとき、サーボ制御回路103はフィードバック信号をコントローラ112に対して出力する。また、同期信号生成回路109は同期信号を生成して記録データ処理回路108に対して出力する。
次に、ディスク100に記録された情報を再生する場合の動作について説明する。先ず、ホストコンピュータから再生指示データがインターフェイス111に入力される。インターフェイス111はこの再生指示データをコントローラ112に対して出力する。コントローラ112は回転制御回路102に対して制御信号を出力し、回転制御回路102はスピンドルモータ101を駆動させてディスク100を回転させる。また、コントローラ112は記録再生回路105に対して制御信号を出力し、記録再生回路105は光ヘッド104を駆動させて、光ヘッド104のレーザ光源から再生用レーザ光をディスク100に対して出力させると共に、光ヘッド104の光検出器がディスク100からの戻り光を検出する。なお、再生用レーザ光は、波長が例えば380乃至430nmの青紫色半導体レーザ光である。これにより、前述の第1の実施形態において説明した原理によりディスク100に記録された情報が読み取られる。
そして、光ヘッド104の光検出器の出力信号が記録再生回路105に入力され、記録再生回路105がこの出力信号に基づいて、再生データ信号、Wobble信号、フォーカスサーボ誤差信号及びトラッキングサーボ誤差信号を生成し、再生データ信号を再生データ処理回路110に対して出力すると共に、Wobble信号、フォーカスサーボ誤差信号及びトラッキングサーボ誤差信号をWobble検出回路106に対して出力する。Wobble検出回路106はWobble信号を同期信号生成回路109に対して出力し、同期信号生成回路109はWobble信号に基づいて同期信号を生成して再生データ処理回路110に対して出力する。そして、再生データ処理回路110が同期信号に基づいて再生データ信号を復調し、再生データ信号の誤り訂正を行って再生データを生成し、インターフェイス111に対して出力する。そして、インターフェイス111がこの再生データを外部のホストコンピュータに対して出力する。これにより、ディスク100に記録された情報の再生が行われる。なお、このとき、前述の情報記録時と同様な動作により、サーボ制御回路103が光ヘッド104の位置制御、フォーカス制御及びトラッキング制御を行う。
本実施形態に係る光学的情報記録再生装置は、前述の第1乃至第4の実施形態に係る光記録媒体に対して情報を記録し、この情報を再生することができる。これにより、記録用及び再生用のレーザ光として、青紫色半導体レーザ光を使用することができるため、光記録媒体の記録密度を向上させることができる。
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。先ず、前述の第1及び第2の実施形態において説明した方法により、評価対象となる光ディスク媒体(光学的情報記録媒体)を製造した。光ディスク媒体は、前述の第1の実施形態において示したような透明樹脂基板側からレーザ光を入射する光ディスク媒体(以下、基板入射媒体という)、及び前述の第2の実施形態において示したようなカバー層(PCフィルム)側からレーザ光を入射する光ディスク媒体(以下、カバー層入射媒体という)の2種類の媒体を製造した。即ち、予め案内溝又はプリピットが形成された透明樹脂基板上に、インライン型のスパッタリング装置により順次各層を形成した。以下、各媒体の層構造を示す。なお、以下の説明において、基板側から順に「A層」、「B層」、「C層」が順次積層されている構造を(A/B/C)と表記する。基板入射媒体の層構造は、(PC基板/第1の誘電体層/記録層/第2の誘電体層/AlTi反射膜/UV接着層/ダミーPC基板)とした。また、カバー層入射媒体の層構造は、(PC基板/AlTi反射膜/第1の誘電体層/記録層/第2の誘電体層/UV接着層/PCカバー層)とした。
記録層は、スパッタリングのターゲットとして所定の組成の合金からなる合金ターゲット、及び誘電体からなる誘電体ターゲットの2つのターゲットを使用し、共スパッタにより同時成膜して形成した。記録層中の母相及び微結晶粒の組成は、各媒体間で相互に異ならせた。各ターゲットには夫々独立してパワーを投入し、合金からなる微結晶粒が誘電体からなる母相中に均一に分散するように、成膜時のパワーを各々調整した。また、基板は各ターゲットに対して平行に対向して配置し、且つ40rpmの回転速度で公転させた。この公転運動により、透明樹脂基板が合金ターゲット上及び誘電体ターゲット上を交互に通過するため、記録層中に微結晶粒を均一に分散させることができた。また、誘電体層としてZnS−SiO膜を形成し、反射層5としてAlTi膜を形成した。
上述の如く製造した光ディスク媒体の記録再生特性を評価した。記録再生特性の評価は、前述の第5の実施形態において示した光学的情報記録再生装置(図4参照)を使用し、ノイズが最小となるような記録パワーにより周期が8Tの信号を記録し、この信号の再生信号品質及び再生光耐性を評価した。再生信号品質の評価は、前述の8T信号を再生し、そのC/N比(Carrier to Noise Ratio:搬送波対雑音比)を測定した。C/N比が53dB以上であれば再生信号品質は良好であると判断できる。また、再生光耐性の評価は、同一トラックを再生パワー(表1参照)よりも0.2mW大きいパワーにより10万回再生し、8T信号のC/N比の初期値からの変化量を測定した。また、一部の光ディスク媒体については、記録層における記録部及び未記録部をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察し、微結晶粒の粒径を測定した。表1に測定条件を示す。また、表2に記録層の微結晶粒及び母相の組成、記録パワー、再生信号品質(8T信号のC/N比)、並びに再生光耐性(8T信号のC/N比の変化量)を示す。なお、表2において、例えば「Ag98PdCu」とは、Agが98質量%、Pdが1質量%、Cuが1質量%の組成を持つAgPdCu合金を示す。この表記方法は以下の実施例においても同様である。また、「層構造」の欄における「基板」とは基板入射媒体を示し、「カバー」とはカバー層入射媒体を示す。
Figure 2005023553
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表2に示すNo.1及びNo.7の光ディスク媒体において、記録層における微結晶粒の結晶粒径は、未記録部では3〜7nm程度であり、記録部では30〜80nm程度であった。これにより、レーザ光の照射により微結晶粒の粒径が大きくなっていることがわかる。
表2に示すように、共スパッタにより、記録層の微結晶粒をAg98PdCu(質量%)合金により形成し、母相を酸化物誘電体又は窒化物誘電体により形成した光学的情報記録媒体は、高い再生C/N比を示すと共に、再生光耐性も良好であった。
前述の実施例1と同様な方法により、微結晶粒をAgTe合金により形成した光ディスク媒体を作製し、その特性を評価した。この光ディスク媒体の層構造は前述の第1の実施形態と同じ基板入射媒体及び第2の実施形態と同じカバー層入射媒体とした。表3に記録層の微結晶粒及び母相の組成、記録パワー、再生信号品質(8T信号のC/N比)、並びに再生光耐性(8T信号のC/N比の変化量)を示す。なお、光ディスク媒体の作製方法、評価方法及び表3の記載方法は、前述の実施例1と同様である。なお、Ag:51質量%及びTe:49質量%からなる組成は、Ag:55原子%及びTe:45原子%からなる組成と等しい。
Figure 2005023553
表3に示すNo.16及びNo.22の光ディスク媒体において、記録層における微結晶粒の結晶粒径は、未記録部では3〜7nm程度であり、記録部では30〜80nm程度であった。これにより、レーザ光の照射により微結晶粒の粒径が大きくなっていることがわかる。
また、表3に示すように、共スパッタにより、記録層の微結晶粒をAg51Te49(質量%)合金により形成し、母相を酸化物誘電体又は窒化物誘電体により形成した光学的情報記録媒体は、高い再生C/N比を示すと共に、再生光耐性も良好であった。なお、微結晶粒がAg61Te39(質量%)又はAg46Te54(質量%)からなり、母相が表3に示す酸化物誘電体又は窒化物誘電体からなる記録層を備えた光ディスク媒体においても、表3に示した再生特性と同様の結果が得られた。
前述の実施例1と同様な方法により、微結晶粒をCuIn合金により形成した光ディスク媒体を作製し、その特性を評価した。この光ディスク媒体の層構造は前述の第1の実施形態と同じ基板入射媒体及び第2の実施形態と同じカバー層入射媒体と同じである。表4に記録層の微結晶粒及び母相の組成、記録パワー、再生信号品質(8T信号のC/N比)、並びに再生光耐性(8T信号のC/N比の変化量)を示す。なお、光ディスク媒体の作製方法、評価方法及び表4の記載方法は、実施例1と同様である。
Figure 2005023553
表4に示すNo.26及びNo.32の光ディスク媒体において、記録層における微結晶粒の結晶粒径は、未記録部では3〜7nm程度であり、記録部では30〜80nm程度であった。これにより、レーザ光の照射により微結晶粒の粒径が大きくなっていることがわかる。
また、表4に示すように、共スパッタにより、記録層の微結晶粒をCu50In50(質量%)合金により形成し、母相を酸化物誘電体又は窒化物誘電体により形成した光学的情報記録媒体は、高い再生C/N比を示すと共に、再生光耐性も良好であった。なお、微結晶粒がCu60In40(質量%)又はCuIn95(質量%)からなり、母相が表3に示す酸化物誘電体又は窒化物誘電体からなる記録層を備えた光ディスク媒体においても、表4に示した再生特性と同様の結果が得られた。
なお、上述の実施例1乃至実施例3においては、記録レーザ光及び再生レーザ光の波長を405nmとしたが、波長が380乃至430nmの範囲のレーザ光であれば、上述の結果と同様の効果が得られることが確認された。上述の実施例1乃至実施例3においては、レーザ光の波長が380nmより短くなると、PC基板におけるレーザ光の吸収が急激に増加するため、記録及び再生を良好に行えなくなった。また、レーザ光の波長が440nm以上になると、記録層における吸収率が低下してくるため、記録時により高い記録パワーが必要となり、情報の記録が高速に行うことが困難となった。以上のことから、情報の記録及び再生に使用するレーザ光の波長は、380乃至430nmの範囲であることが好ましい。
次に、再生特性に及ぼす線速の影響を調査した。図5は横軸に記録時及び再生時における光ディスク媒体の線速をとり、縦軸に8T信号のC/N比をとって、再生信号品質に及ぼす線速の影響を示すグラフ図である。本実施例4においては、光ディスク媒体として前述の第1の実施形態において示したような基板入射媒体を使用し、記録層を共スパッタにより形成し、母相をSiOにより形成し、微結晶粒をAg98PdCu合金、Ag51Te49合金又はCu50In50合金により形成した。このような光ディスク媒体に対して、線速を3.0乃至11.0m/秒の範囲で変化させて、周期が8Tの信号を記録して再生し、各線速に対するC/N比を測定した。上記以外の光ディスク媒体の製造方法及び測定方法は、前述の実施例1と同様である。測定結果を図5に示す。図5に示すように、上述の光記録媒体は、上述の線速範囲においては良好なC/N比の値を示しており、高速記録にも適用可能であることが判る。
なお、記録層の微結晶粒を形成する合金として実施例1乃至実施例3に示した各組成の合金を使用し、これらの合金と上述の各誘電体とを共スパッタして形成した記録層を備えた光ディスク媒体においても、図5に示した結果と同様な効果が得られた。
また、上述の実施例1〜実施例4においては、上述の如く、記録層を合金ターゲット及び誘電体ターゲットを使用して共スパッタを行って形成した場合について述べたが、上述の合金材料及び誘電体材料を焼結又は溶融させて1つのターゲットとし、これを使用するスパッタ法により記録層を形成してもよい。この場合も、図5に示した結果と同様な効果が得られた。
次に、2層の記録層を備えた光ディスク媒体の再生特性を評価した。この光ディスク媒体の層構造は、前述の第3の実施形態に示した基板入射媒体及び第4の実施形態に示したカバー層入射媒体と同じである。即ち、基板入射媒体の層構造は、(PC基板/誘電体層/第1の記録層/誘電体層/光学分離層/誘電体層/第2の記録層/誘電体層/反射層/UV接着層/ダミーPC基板)とし、カバー層入射媒体の層構造は、(PC基板/反射層/誘電体層/第2の記録層/誘電体層/光学分離層/誘電体層/第1の記録層/誘電体層/UV接着層/PCカバー層)とした。また、記録層の微結晶粒はAg98PdCu合金、Ag51Te49合金及びCu50In50合金により形成し、母相はSiOにより形成した。更に、第1の記録層の厚さは7nmとし、第2の記録層の厚さは12nmとした。これらの光ディスク媒体の上記以外の構成及び製造方法は、前述の実施例1と同様である。
このようにして製造した光ディスク媒体の再生特性を評価した。評価方法は、前述の実施例1と同様とした。表5に第1の記録層の再生特性、即ち、第1の記録層における微結晶粒及び母相の組成、記録パワー、再生信号品質(8T信号のC/N比)、並びに再生光耐性(8T信号のC/N比の変化量)を示す。また、表6に第2の記録層の再生特性、即ち、第2の記録層における微結晶粒及び母相の組成、記録パワー、再生信号品質(8T信号のC/N比)、並びに再生光耐性(8T信号のC/N比の変化量)を示す。
Figure 2005023553
Figure 2005023553
表5及び表6に示したように、記録層が光学分離層で分離された2層記録媒体において、第1の記録層及び第2の記録層の再生C/N比は、記録層が1層の記録媒体と同等の高い値が得られると共に、再生光耐性も実用上特に問題がないことが判る。
本発明は、青紫色半導体レーザ光の照射により情報が記録及び再生されるCD−R及びDVD−R等の光学的情報記録媒体に好適に利用することができる。

Claims (14)

  1. 基板及びこの基板上に形成された記録層を備え、この記録層に光を照射することにより情報を記録及び再生する光学的情報記録媒体において、前記記録層が、誘電体からなる母相と、この母相中に分散され金属又は合金からなる複数の微結晶粒と、を有し、前記記録層に光が照射されることによりこの光が照射された部分における前記微結晶粒の大きさが変化して情報が記録されることを特徴とする光学的情報記録媒体。
  2. 前記微結晶粒が、Ag、Cu、In、Pd及びTeからなる群から選択された1種の金属又は2種以上の金属からなる合金により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学的情報記録媒体。
  3. 前記微結晶粒が、0.3乃至25質量%のPd及び0.3乃至25質量%のCuを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgPdCu合金により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学的情報記録媒体。
  4. 前記微結晶粒が、38乃至55質量%のTeを含有し、残部がAg及び不可避的不純物からなるAgTe合金により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学的情報記録媒体。
  5. 前記微結晶粒が、40乃至95質量%のInを含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなるCuIn合金により形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光学的情報記録媒体。
  6. 前記誘電体が酸化物誘電体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体。
  7. 前記酸化物誘電体が、酸化珪素、酸化アルミニウム及び酸化タンタルからなる群から選択された1種又は2種以上の酸化物であることを特徴とする請求項6に記載の光学的情報記録媒体。
  8. 前記誘電体が窒化物誘電体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体。
  9. 前記窒化物誘電体が、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化タンタルからなる群から選択された1種又は2種以上の窒化物であることを特徴とする請求項8に記載の光学的情報記録媒体。
  10. 前記基板が透明基板であり、この基板と前記記録層との間に形成された第1の誘電体層と、前記記録層上に形成された第2の誘電体層と、この第2の誘電体層上に形成された反射層と、を有し、前記光を前記基板側から前記記録層に向けて入射させることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体。
  11. 前記基板と前記記録層との間に形成された反射層と、この反射層と前記記録層との間に形成された第1の誘電体層と、前記記録層上に形成された第2の誘電体層と、この第2の誘電体層上に形成された光透過層と、を有し、前記光を前記光透過層側から前記記録層に向けて入射させることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体。
  12. 前記記録層が複数の層からなり、この複数の層間にこの複数の層を相互に分離する光学分離層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体。
  13. 前記光が、波長が380乃至430nmのレーザ光であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体。
  14. 請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光学的情報記録媒体に対して光を照射して前記記録層の前記光の照射部分における前記微結晶粒の大きさを変化させてこの部分の反射率を変化させることにより情報を記録し、前記記録層の反射率の違いを検出することにより前記情報を再生することを特徴とする光学的情報記録再生装置。
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