KR100320457B1 - 광기록 매체 - Google Patents

Abstract

낮은 레이저 파워로 기록 밀도를 향상시킬 수 있는 광기록 매체에 관한 것으로, 기판 위에 1 ∼ 10mW의 낮은 레이저 파워로 정보를 기록하며 400 ∼ 550nm에서 0.9 ∼ 0.4의 흡수율을 갖는 아조 벤젠 그룹의 폴리머로 이루어진 제 1 기록층, 소정 파장의 레이저를 투과하는 반투명층, 낮은 레이저 파워로 정보를 기록하며 400 ∼ 550nm에서 0.9 ∼ 0.4의 흡수율을 갖는 아조 벤젠 그룹의 폴리머로 이루어진 제 2 기록층, 반사층을 순차적으로 적층함으로써, 광 디스크의 구조를 단순화시키고, 낮은 파워의 레이저로도 기록이 가능하며, 다층 기록으로 기록 밀도를 향상시킨다.

Description

광기록 매체{optical recording medium}

본 발명은 광기록 매체에 관한 것으로, 특히 청색 파장 대역에서 기록/재생 가능한 광기록 매체에 관한 것이다.

일반적으로 레이저를 이용한 광디스크의 재기록형(rewritable) 혹은 기록가능형(recordable) 기록 방법에는 몇 가지가 있다.

대표적인 재기록형 기록 방법으로는 광자기 기록과 상변화 기록이 있고, 기록가능형 기록 방법으로는 대표적으로 레이저 에너지에 의한 애브레이션(ablation)이다.

먼저, 광자기 기록은 편광된 빛이 자성박막면에서 반사할 때, 막면에 대해 수직한 방향의 자기 이방성을 갖는 자성박막인 경우는 편광면의 각도가 회전하는 현상을 이용한다.

이와 같은 자기광학 효과를 커(Kerr) 효과라 하고, 이때 회전하는 편광면의 각을 커 회전각이라 한다.

광자기 디스크의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio ; SNR)는 다음과 같다.

여기서, η는 포토다이오드의 양자 효율(quantum efficiency), P는 리드 파워(read power), R은 매체 반사도(reflectivity), θ_K는 커 회전각, e는 일렉트론 차지(electron charge), 그리고 B는 밴드 폭(band width)이다.

위의 식에서 매체의 특성을 나타내는 파라미터(parameter)인 R과 θ_K만을 고려하였을 때의 피겨 오브 메리트(figure of merit)는 Rθ_K ²에 비례한다.

따라서, R보다는 θ_K를 증가시키는 것이 효율적이다.

통상 광자기 기록에 이용되는 자성박막의 커 회전각은 0.3°정도의 작은 값을 갖는다.

따라서, 이 값을 증가시키기 위해서 유전체 및 반사층을 이용하여 다층화 한다.

그리고, 상변화 기록은 CD나 CD-ROM과 마찬가지로 반사되는 광의 반사도에 의한 판독을 한다.

즉, 대표적인 상변화 기록 재료로는 Ge-Sb-Te가 있고, 이 재질의 상(결정질, 비정질)변화를 이용하는 것이다.

통상 결정질(crystalline)의 경우가 비정질(amorphous)에 비해 반사도가 큰 특성을 보이게 되는 현상을 이용하는 것이다.

결정질상에서 비정질상으로의 상변화를 유도하기 위해서는 높은 레이저 파워와 더불어 빠른 냉각이 필요하고, 반대로 비정질상에서 결정질상을 형성시키기 위해서는 앞의 경우보다 낮은 레이저 파워를 이용하여 천천히 냉각시키는 방법이 필요하다.

한편, 재기록 가능형인 상변화 기록은 기록 가능형인 폴리머 애브레이션(ablation)을 이용하는 경우와 기본적으로 같은 원리를 이용한다.

즉, 반사도의 차이를 이용하여 기록된 부분과 기록되지 않은 부분을 구분한다.

상변화 기록의 경우는 비정질과 결정질의 반사도차를 이용하고, 기록 가능형의 폴리머 애브레이션을 이용하는 경우는 미기록된 부분과 기록되어 폴리머가 제거된 부분의 반사도차를 이용하는 것이다.

이 경우의 SNR은 레이저 파워 및 반사도와 다음과 같은 관계가 있다.

여기서, R은 매체의 평균 반사도이고, ΔR은 기록 비트(bit)와 미기록 비트의 반사도 차이다.

또한, 종래에는 다이 폴리머(dye polymer)를 기록층으로 이용한 간단한 구조의 기록 가능형 디스크가 개발되었지만, 이 역시 기록층에 정보 기록시에 기록 파워가 높은 단점이 있었다.

즉, 광자기 디스크, 상변화 디스크, 그리고 다이 폴리머를 이용한 디스크의 경우에 있어서 기록 파워는 약 10mW 정도가 필요하다.

이 정도의 값을 얻기 위해서는 약 30mW 정도의 출력을 갖는 레이저 다이오드를 이용하여야 하는데, 현재 이러한 블루(blue) 파장 대역의 고출력 레이저 다이오드를 생산하기 어려운 단점이 있다.

만일 가까운 장래에 기술 혁신으로 말미암아 블루 파장 대역의 고출력 레이저 다이오드가 생산된다 할지라도 생산 원가 측면에서는 고가이므로 큰 효과는 없을 것으로 보인다.

그러므로 앞으로 경쟁력 있는 디스크의 생산을 위해서는 구조가 간단하면서 낮은 레이저 파워로도 기록이 가능한 디스크를 개발할 필요가 있다.

종래 기술에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 기록층을 보호함과 동시에 광학적 효과를 향상시키기 위한 유전체층의 추가로 인해 구조가 복잡하다.

둘째, 기록층에 정보 기록시, 기록 파워가 높다.

셋째, 종래 구조상 하나의 기록층에 고밀도 기록은 한계가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위한 것으로, 구조가 간단하면서도 낮은 레이저 파워로도 기록이 가능한 광기록 매체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 다층 기록으로 기록 밀도를 높일 수 있는 광기록 매체를 제공하는데 있다.

도 1은 청색 레이저에 의한 아조 그룹의 광 이성화 반응을 보여주는 도면

도 2는 본 발명에 따른 광기록 매체를 보여주는 도면

도 3은 도 2의 기록층에 사용된 아조 벤젠 그룹 폴리머의 파장에 따른 흡수도 변화를 보여주는 그래프

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광기록 매체를 보여주는 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,11 : 기판 2,4,12,15,17,19,21 : 기록층

5,30 : 반사층 6,40 : 보호층

3,13,16,18,20 : 반투명층

본 발명에 따른 광기록 매체의 특징은 기판과, 기판상에 형성되고 1 ∼ 10mW의 낮은 레이저 파워로 정보를 기록하는 제 1 기록층과, 제 1 기록층상에 형성되어 소정 파장의 레이저를 투과하는 반투명층과, 반투명층상에 형성되고 낮은 레이저 파워로 정보를 기록하는 제 2 기록층과, 제 2 기록층상에 형성되는 반사층으로 구성되는데 있다.

본 발명의 다른 특징은 기록층을 400 ∼ 550nm에서 0.9 ∼ 0.4의 흡수율을 갖는 아조 벤젠 그룹의 폴리머로 형성하는데 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 기판과 반사층 사이에 반투명층/기록층이 반복적으로 적층되는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 광기록 매체를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 블루(blue) 파장 대역에서 높은 흡수도를 나타내는 아조 벤젠(azo benzene)그룹의 폴리머(polymer)를 재기록형 및 기록 가능형 광디스크의 기록 재료로 사용하고, 기판과 반사층 사이에 반투명층/기록층을 반복적으로 적층함으로써, 디스크의 구조를 단순화하고 낮은 레이저 파워로도 기록이 가능하며 다층 기록으로 기록 밀도를 높이는데 있다.

본 발명의 기록층 재료로 사용되는 아조 벤젠그룹의 폴리머에 선편광(linearly polarized light)이나 편광이 되지 않는 광을 조사하면 정보의 기록 및 소거가 가능하며, 또한 소거된 정보의 재기록도 가능하다.

즉, 블루(blue) 대역의 레이저에 아조 벤젠 그룹들이 도 1에 도시된 바와 같이 트랜스(trans) 구조에서 시스(cis) 구조로 광 이성화 반응이 일어남으로써, 아조 벤젠 그룹을 포함한 고분자 사슬의 배열에 영향을 미치게 된다.

이러한 액정 고분자의 배열된 상태가 복굴절로 유도되어 복굴절의 차이에 의해서 정보가 기록되며, 편광이 되지 않은 광(원편광)을 재조사함으로써, 기록된 정보의 소거도 가능하다.

이때, 아조 벤젠 그룹은 트랜스-시스-트랜스(trans-cis-trans) 광 이성화 반응의 순환을 통하여 무질서하게 배열되어 유도된 복굴절이 사라진다.

이와 같은 소거 과정은 사용된 고분자 박막의 전이점 Tg(Glass Transition Temperature) 이상으로 가열함으로써도 가능하다.

이러한 가역적 광학적 정보 기록 매체로는 아조 벤젠 그룹을 포함한 고분자 재료들이 많이 사용되고 있으며, 화학 결합을 통하여 고분자 사슬의 주쇄나 측쇄에아조 벤젠 그룹이 도입된 고분자 재료들이 가장 많이 사용된다.

그러나, 주쇄에 아조 벤젠 그룹이 도입되면 고분자의 움직임이 느려져 아조 벤젠 그룹의 배열이 어려운 단점이 있어 측쇄에 아조 벤젠 그룹이 도입된 측쇄형 액정 고분자 재료들이 널리 이용된다.

이러한 특성을 갖는 아조 벤젠 그룹의 폴리머를 기록층의 재료로 사용한 본 발명의 광 디스크 제작공정 및 기록/재생 방법을 설명하면 다음과 같다.

제작 공정은 도 2에 도시된 바와 같이 투명한 플라스틱 기판(1) 위에 스핀 코팅(spin coating)으로 블루(blue) 대역에서 흡수도가 큰 아조 벤젠 그룹의 폴리머를 약 1000 ∼ 3000Å 정도로 코팅하여 제 1 기록층(2)을 형성한 후, 그 위에 다시 스핀 코팅으로 소정 파장 대역의 레이저만을 투과하는 반투명층(3)을 형성한다.

이어, 반투명층(3) 위에 스핀 코팅으로 블루 대역에서 흡수도가 큰 아조 벤젠 그룹의 폴리머를 약 1000 ∼ 3000Å 정도로 코팅하여 제 2 기록층(4)을 형성하고, Al 등의 반사층(5)을 스퍼터링 등의 방법으로 약 1000Å 이하로 형성한 다음, 그 위에 보호층(6)을 형성하여 광 디스크를 제작한다.

이러한 본 발명의 구조는 종래에 비해 유전체층을 사용하지 않아도 되므로 구조가 매우 간단해지며, 또한 기록층을 추가함으로써 다층 기록이 가능해지므로 기록 밀도를 향상시킬 수 있다.

기록 밀도를 더욱 향상시키기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(11)과 반사층(30) 사이에 반투명층(13, 16, 18, 20 …)/기록층(12, 15, 17, 19, 21 …)이 반복적으로 적층하면 된다.

물론, 이 경우에는 반투명층에 사용되는 물질과 레이저 빔의 파장을 잘 고려하여 설계하여야 한다.

본 발명의 기록 과정을 살펴보면, 먼저 블루 파장대(400 ∼ 480nm)의 레이저 빔을 약 1 ∼ 10mW의 낮은 레이저 파워로 기록층에 조사하면, 기록층의 아조 벤젠 그룹의 폴리머 분자들은 광 이성화 반응을 일으키면서 복굴절로 유도되어 레이저 빔을 흡수한(정보를 기록한) 부분과 레이저 빔을 흡수하지 않은(정보가 기록되지 않은) 부분에 흡수도의 차가 나타난다.

이 흡수도의 차이는 반사도로 나타나므로 이것을 '0'과 '1'의 정보 기록 단위로 이용한다.

여기서, 아조 그룹의 폴리머는 융점이 약 100 ∼ 150℃로 낮기 때문에 레이저의 기록 파워를 약 1 ∼ 5mW로 낮출 수 있다.

도 3은 아조 벤젠 그룹 폴리머의 파장에 따른 흡수도의 변화를 보여주는 그래프로서, 도 3에 도시된 바와 같이 아조 벤젠 그룹의 폴리머는 400 ∼ 550nm에서 0.9 ∼ 0.4의 큰 흡수율을 갖는 것을 알 수 있다.

이 흡수도 차이를 이용하여 정보를 기록하고, 정보의 소거는 아조 벤젠 그룹 폴리머의 Tg인 약 100℃ 이상으로 열을 가하면 기록된 정보는 일시에 소거된다.

한편, 기록된 정보들을 재생하는 과정은 먼저, 재생을 위한 레이저 빔을 약 1 ∼ 10mW의 낮은 레이저 파워로 기록층에 조사한다.

이 레이저 빔이 기록층 표면중에서 정보가 기록된 부분과 정보가 기록되지 않은 부분을 지날 때, 반사도의 차가 나타나는데 이를 이용하여 '0' 또는 '1'을 재생한다.

여기서, 블루 파장의 레이저로 기록된 비트는 블루 파장의 레이저는 물론 레드(red) 또는 적외선 파장의 레이저로도 재생이 가능하다.

본 발명에 따른 광기록 매체에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유전체층이 필요하지 않으므로 광 디스크의 구조를 간단하게 제작할 수 있어 공정 단순화에 의한 생산 비용을 절감할 수 있다.

둘째, 1 ∼ 10mW의 낮은 파워의 레이저로 기록이 가능하므로 생산이 어려운 블루영역의 고출력 레이저 다이오드를 사용하지 않고 저출력의 레이저 다이오드를 이용할 수 있다.

셋째, 적층된 다수개의 기록층을 이용하기 때문에 다층 기록으로 기록 밀도를 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 기판;

   상기 기판상에 형성되고, 1 ∼ 10mW의 낮은 레이저 파워로 정보를 기록하는 제 1 기록층;

   상기 제 1 기록층상에 형성되어 소정 파장의 레이저를 투과하는 반투명층;

   상기 반투명층상에 형성되고, 1 ∼ 10mW의 낮은 레이저 파워로 정보를 기록하는 제 2 기록층;

   상기 제 2 기록층상에 형성되는 반사층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 기록층은 아조 벤젠 그룹의 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 아조 벤젠 그룹의 폴리머는 400 ∼ 550nm에서 0.9 ∼ 0.4의 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 기록층의 두께는 각각 1000 ∼ 3000Å인 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 기록층과 반사층 사이에는 반투명층/제 n 기록층(여기서 n은 2 이상의 자연수)이 반복적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.