KR100320474B1 - 고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법 - Google Patents

Abstract

고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법은 재생 전용 광디스크의 기록 밀도를 높이기 위한 것으로서 기판 위에 감광막을 형성하고 상기 감광막에 근접장 광기록 방식으로 레이저광을 조사하여 요철을 형성하고 상기 요철이 형성된 기판을 이용하여 금속 원판을 얻어내고 상기 원판을 이용하여 디스크를 제작하고 상기 디스크에 온도 변화에 따라서 광투과도가 변하는 투과막을 형성하고 상기 투과막위에 반사 금속막을 형성하여 구성되는데 그 요지가 있다.

Description

고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법{Fabrication method of a high density optical disk and reproducing method of the same}

본 발명은 광 디스크에 관한 것으로, 특히 재생전용 광 디스크와 열 반응 투과막을 이용하여 광 디스크의 기록밀도를 높이기 위한 고밀도 광디스크 제조 방법및 재생 방법에 관한 것이다.

최근 광디스크 기술의 발전으로 당초는 화상 정보(비디오 신호)나 음성 신호 기록에 이용되어 오다가 현재에는 컴퓨터 분야에도 사용되어 문서 등의 대량 정보를 관리하는 데 쓰이고 있다.

일반적으로 광디스크는 콤팩트디스크(compact disk : CD)라는 이름으로 지름 12cm 단면에 600MByte의 기억용량으로 기록되며, DVD(Digital Versatile Disk)는 CD보다 기록밀도를 늘려서 지름 12cm의 같은 크기의 디스크에 4~6GByte 정도를 기록할 수 있도록 기록밀도를 향상 시켰다.

또한 지름 12cm 단면의 양쪽 면에 오로지 읽기만 가능한 디스크가 있는데 상기 디스크는 7~14GByte의 고밀도 용량을 기억시킬 수 있다.

이와 같이 고밀도화를 이루기 위해 계속적인 연구를 거듭하고 있다.

그리고 고밀도 용량을 기억시킬 수 있는 CD 나 DVD의 재생 방법을 보면 3가지 방법으로 분류되는데 그 방법을 보면 다음과 같다.

먼저 한번 기록한 후 재기록이 불가능하여 기록된 정보를 재생만 하는 디스크(write once optical disk)가 있으며 다른 방법인 재기록가능형 디스크와 또 다른 방법인 재생전용 디스크로 분류된다.

상기 한번 기록한 후 재기록을 할 수 없이 기록된 정보를 재생만 하는 디스크는 유기재료를 이용하여 표면의 변화가 일어나게 한 후 상기 표면의 변화에 의한 반사율의 차이를 이용하여 재생하는 방법을 사용한다.

그리고 상기 재기록가능형인 한번 기록한 후 재기록이 가능한 디스크는 대표적인 재생 방법으로서 상 변화(phase change)를 이용하는 방법으로 박막의 재료가 레이저에 의해 온도가 급격하게 상승하면서 결정상과 비정질(amorphous)상을 온도에 따라 재현하므로서 반사율의 차이를 이용하는 방법으로 광기록 재료로 이용한다.

마지막으로 상기 재생전용 디스크는 기본적으로 스탬프 방법을 이용하는데 상기 스탬프 방법은 표면에 약 수 백Å~1000Å 높이의 요철을 가지는 원판을 만들고 이를 다른 수지재료(주로 폴리카보네이트) 기판에 몰딩법에 의해 전사를 하므로서 디스크를 만들고 광 반사를 위해 요철이 있는 쪽에 금속을 코딩하여 요철 표면에 따라 빛의 반사도가 다르게 나타나므로 광신호로서 이용하는 재생 방법이다.

일반적인 광디스크 제작 공정에서 재생전용 광디스크의 원판을 만들고 상기 스탬프 방식에 의해 복사본을 제작하는 공정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래기술에 따른 광디스크 제조 공정을 보면 먼저 도 1a와 같이 잘 연마, 세정된 글래스 기판(100)을 준비하고, 도 1b와 같이 상기 글래스 기판(100)위에 포토레지스트(photoresist)를 균일한 두께로 도포하여 감광막(101)을 형성한다.

도 1c와 같이 일정한 두께로 형성된 상기 감광막(101)에 시그널에 따라 UV(ultraviolet) 레이저광을 조사하여 피트 패턴을 형성한다.

그리고 도 1d와 같이 상기 감광막(101)에 현상 용액인 알칼리 현상액을 도포해 현상 처리하면 레이저빔이 내리쬐어진 부분에 요철구간이 형성된다.

이어 도 1e 와 같이 요철구간이 형성된 기판(100)위에 니켈과 같은전주체(103)를 형성한다.

그리고 도 1g와 같이 상기 전주체(103)를 감광막(101) 및 기판(100)으로부터 벗겨내어 금속 원판(104)을 얻어낸다.

이어, 도 1h와 같이 상기 금속 원판(104)을 사용하여 사출성형 함으로써 두께 0.6mm의 디스크(105)를 제작한다.

그리고 도 1i와 같이 상기 디스크(105) 위에 반사 금속막(106)을 형성하므로서 공정을 마친다.

상기 공정을 거쳐서 만들어진 기판은 요철에 따라 빛의 반사도가 다르게 나타남으로서 광디스크 드라이버로서 시그널을 읽을 수 있다.

하지만 이렇게 만들어진 기판의 기록밀도도 앞으로 HDTV(high digital television) 시대에 대응하여서는 더욱 기록밀도가 향상되어야 한다.

기록밀도는 개구율과 매체의 굴절율등에 의해서도 좌우되지만 기본적으로 광디스크에 있어서 광 기록밀도를 결정하는 요인은 광의 파장이다.

그러므로 광의 파장이 줄어들지 않는 한 기록밀도의 향상에는 한계가 있으며 또한 광파장의 크기가 6000Å~8000Å사이인 현재 연구가 진행중인 단파장의 청색레이저가 나오더라도 4500Å 정도의 광파장을 가지기 때문에 이보다 작은 신호인 1000Å~2000Å의 광파장을 가지는 HDTV급에서 필요로 하는 20~30GByte급의 데이터를 기록하기란 어려운 문제를 가지고 있다.

그래서 고밀도화를 위한 방법들 중의 하나가 근접장 광학을 이용하는 방법이 있는데 상기 방법은 레이저의 광도파관 역할을 하는 광섬유(optical fiber)를 파장이하의 크기로 줄이거나 또는 레이저가 방출되는 개구(aperture)의 크기를 파장 이하의 크기로 줄이게 되면, 근접거리(수십 nm 이하)에서는 빛이 그 크기를 유지하는 것을 이용하여 매우 작은 크기의 레이저 스팟을 만들 수 있다는 것이 근접장 광학의 이론으로 E. Beztig 등이 광파이버의 연신을 통하여 200Å~1000Å의 개구(aperture)를 통하여 광의 입출력이 가능하다는 것을 실험적으로 증명하면서 광의 파장한계를 극복하는 기술로서 각광을 받았다.(E.Beztig et al, Science 257,189(1992))

그러나 근접장 광학은 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

그 중 하나가 근접장이 아주 작은 영역, 즉 광섬유 팁(tip)이나 개구 팁으로부터 수십 nm 이내에서만 유지된다는 것이다.

따라서 광 헤드와 기록 매체 사이의 거리를 아주 좁은 영역에서 일정하게 유지하여야 하는데 광디스크와 같이 고속으로 회전하는 경우에는 적합하지 않아서 실용화하기에 어려움이 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 종래의 재생전용 광디스크 제작 공정을 사용하여 호환성을 유지하면서 근접장 광기록기술의 이용으로 파장한계를 극복하고 재생전용 광디스크의 기록밀도를 향상시키는 고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 광 디스크 제조 공정

도 2 는 본 발명에 따른 근접장 광을 이용한 광디스크 제조 공정

도 3a 는 종래 기술에 따른 간섭효과에 의한 광디스크 재생 기술

도 3b 는 본 발명에 따른 산란효과에 대한 광디스크 재생 기술

도 4 는 본 발명에 따른 산란을 일으키기 위한 요철의 구조

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판 101 : 감광막

102 : 광파이버 103 : 전주체

104 : 원판 105 : 디스크

106 : 반사 금속막 107 : 투과막

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법의 특징은 요철 형태의 데이터 기록을 갖는 고밀도 광디스크에 있어서, 상기 요철은 라운드(round)형태로 이루어지고, 상기 요철의 상부는 온도 변화에 따라 광투과도가 변하는 투과막이 형성되는 것을 특징으로 하는데 있다.

다른 특징은 기판상에 감광막을 형성하는 단계와, 상기 감광막에 근접장 광기록 방법을 이용한 레이저광을 조사하여 요철 형태의 데이터를 기록하는 단계와, 상기 요철 형태의 데이터를 스템프판에 전사시키는 단계와, 상기 스템프판을 이용하여 디스크를 제작하는 단계와, 상기 디스크상에 VO₂, Sb 중 어느 하나로 이루어진 투과막을 형성하는 단계와, 상기 투과막 상에 반사막을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는데 있다.

또 다른 특징은 라운드 형태의 요철로 데이터가 기록되고 그 위에 온도 변화에 따라 광투과도가 변하는 투과막을 갖는 고밀도 광디스크의 재생 방법에 있어서,

상기 데이터 재생을 위해 상기 광디스크에 레이저빔을 조사하는 단계와, 상기 레이저빔의 가우시안 분포에 따라 상기 레이저빔의 중심부분만 상기 투과막을 투과하는 단계와, 상기 투과막을 투과한 레이저빔은 상기 라운드 형태의 요철에 의해 산란되고 되 반사되어 데이터를 재생하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는데 있다.

이와 같은 특성을 가지고 있는 본 발명은 근접장 광기록기술을 이용한 원판제작을 제작하고 상기 원판을 이용하여 제작한 광디스크를 읽기 위한 기술에 관한 것이다.

이하 본 발명에 따른 고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 근접장 광을 이용한 광디스크 제조 공정으로서 먼저 도 2a와 같이 광파이버(102)를 이용하여 감광막(101)이 형성된 기판(100)에 근접장 광기록 방식으로 레이저광을 조사하여 피트 패턴을 형성한다.

상기 레이저광을 조사할 때 광파이버(102)와 상기 감광막(101)사이의 거리를 200Å~3000Å 이내로 유지하여야 하는데 그 이유는 빛은 근접거리에서 그 크기를 유지하는 것을 이용한 것이다.

또한 상기 광파이버(102)에서 레이저가 방출되는 개구(aperture)의 크기를 500Å~3000Å로 하여 파장이하의 매우 작은 크기의 레이저 스팟을 만든다.

그리고 도 2b와 같이 감광막(101)에 현상 용액인 알칼리 현상액을 도포해서 현상 처리하면 레이저광이 내리쬐어진 부분에 요철구간이 형성된다.

이어 도 2c와 같이 상기 요철구간이 형성된 기판(100)위에 전주체(주로 니켈을 사용)(103)를 형성한다.

그리고 도 2d와 같이 상기 전주체(103)를 감광막(101) 및 기판(100)으로부터 분리하여 금속 원판(104)을 얻어낸다.

이어 도 2e와 같이 상기 금속 원판(104)을 사용하여 사출성형 함으로써 디스크(105)를 제작한다.

그리고 상기 디스크(105)위에 온도구간에 따라 투명도가 달라지는 물질인 Sb또는 VO₂물질로 이루어진 투과막(107)을 형성한다.

상기 VO₂막은 60℃~70℃ 사이에서 금속 절연체(metal insulator) 변이(transition)를 일으키면서 상기 60℃~70℃보다 낮은 온도에서는 광을 투과하지 못하고 온도가 올라가면 광을 투과하는 특성을 가진다(Iliroyuki Abe et al, Jpn I. Appl. Phys. Vol. 36(1997)pp. 165-169).

또한 Sb 막은 상기 VO₂막의 특성과 같이 200℃ 정도에서 광투과도가 증가하고 상기 200℃보다 낮은 온도에서는 광을 투과하지 못하는 특성을 가진다(J. Tominaga et al, Applied Physics Letters Vol. 73, No 15, p2078).

이와 같이 광을 투과하는 특성은 상기 박막의 온도에 의존하므로 레이저광 세기의 가우시안분포를 이용하면 중심부분의 온도가 외곽보다도 높으므로 중심부분의 일부분만 투명하게 만들어서 광을 투과하게 된다.

그래서 상기 가우시안분포를 이용하면 광 파장 이내로 기록 용량을 증가시키고 그래서 HDTV급에서 필요로 하는 1000Å~2000Å의 광파장을 가지는 광디스크의 피치를 읽을 수 있다.

그리고 도 2g와 같이 상기 투과막(107) 위에 반사 금속막(106)을 형성한다.

또한 본 발명인 고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법은 데이터를 재생하는 방법에서도 차이가 있다.

도 3 을 보면 종래의 데이터 재생방법인 도 3a와 같이 요철부분에 레이저광(200)을 조사하면 광의 간섭에 의해 광의 반사되거나 소멸되는 효과를 이용하는데 상기 방법은 간섭효과를 얻기 위해 기본적으로 광의 넓이가 도 3에서 보인바와 같이 요철의 넓이보다 넓어야 하므로 기록 밀도를 저하시킨다.

따라서 이를 해결하기 위해 본 발명은 도 3b와 같이 산란방식을 이용하는데, 상기 산란 방식에 의한 데이터 재생 방법은 레이저광(200)이 요철 위에만 위치하면 되므로 디스크상의 면적을 유효하게 사용할 수 있어서 기록밀도를 2 배 이상 올릴 수 있다.

이와 같이 산란 방식에 의한 데이터 재생 방법은 산란을 일으키기 위해서는 요철의 모양이 종래와 달라야 하는데 종래의 방법은 요철의 양면이 반사면을 가져야 하지만 산란을 일으키려면 요철의 모양이 도 4 와 같이 라운딩 되어야한다.좀더 상세히 설명하면, 일반적으로 레이저광의 세기는 중심부분의 온도가 외곽보다 높은 값을 갖는 가우시안 분포를 나타내므로 이를 이용하여 온도의 변화에 따라 투명도가 달라지는 물질인 Sb막 또는 VO₂막 등을 금속층위에 코팅하고 일부분만 광을 투과시켜 광파장이내로 기록용량을 증가시키도록 한다.그러나 이 방법은 간섭효과를 통해서 기록밀도를 줄이는데는 한계를 가지고 있다.왜냐하면 상기 간섭효과의 방법은 광디스크의 광을 쪼이면 요철(凹凸)간에 광이 반사되거나 소멸되는 효과를 이용하여 데이터를 읽는 방법인데, 이와 같이 요철(凹凸)간의 간섭효과를 얻기 위해서는 투과되는 광의 넓이가 철(凸)부의 넓이보다 넓어야 요철(凹凸)간의 간섭을 검출할 수 있다.그리고 현재 기술에서 요철(凹凸)부의 넓이를 줄이는데 한계를 갖고 있으므로 당연히 기록밀도를 줄이는데도 한계가 발생된다.따라서 상기 발생되는 기록밀도의 한계를 극복하기 위해 산란방식을 사용한다.상기 산란방식은 투과되는 광을 철(凸)부 위에 위치시켜 이때 발생되는 광의 산란을 이용하여 데이터를 읽는 방법으로 상기 간섭효과 방법에 비해 두배 이상의 기록밀도를 올릴 수 있다.이를 위해 도 3b에서 도시된 바와 같이 광의 산란을 일으키기 위해서는 철(凸)부의 모양이 상기의 간섭효과에 따른 평평한 형태보다는 라운드 형태로 구성되어야 산란의 효과를 크게 나타낼 수 있다.이와 같이 상기 요철의 모양을 라운드로 만들기 위해서는 다음의 공정이 필요하다.먼저, 감광막(101)이 형성된 기판(100)에 광파이버(102)를 이용하여 레이저광을 조사하여 피트패턴을 형성한다.그리고 상기 감광막(101)에 현상용액인 알칼리 현상액을 도포해서 현상처리를 하면, 상기 레이저광이 내리쬐어진 부분에 요철이 형성된다.이렇게 형성된 요철부분에 열을 쪼이면 양끝 모서리부분부터 에칭되면서 직각의 요철모양이 서서히 라운드 모양으로 형성되는데, 이때의 열처리 온도는 80°~150°사이로 조절하는 것이 가장 바람직하다.이와 같이 라운드 모양의 요철이 형성된 기판 위에 전주체(103)를 형성하여 분리하면, 금속 원판은 요(凹)부의 모양으로 라운딩이 형성된 원판을 얻을 수 있다.

그리고 상기 요(凹)부의 모양을 갖는 라운딩 금속원판을 사용하여 사출성형함으로써, 도 4에서 도시한 바와 같은 철(凸)부의 모양을 갖는 라운딩 디스크를 제작할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고밀도 광디스크 제조 방법 및 재생 방법은 기존의 광학계를 이용하고서도 재생전용 광디스크의 기록밀도를 10배 이상 증가시키는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 요철 형태의 데이터 기록을 갖는 고밀도 광디스크에 있어서,

   상기 요철은 라운드(round)형태로 이루어지고, 상기 요철의 상부는 온도 변화에 따라 광투과도가 변하는 투과막이 형성되는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투과막은 VO₂, Sb 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크.
3. 기판상에 감광막을 형성하는 단계;

   상기 감광막에 근접장 광기록 방법을 이용한 레이저광을 조사하여 요철 형태의 데이터를 기록하는 단계;

   상기 요철 형태의 데이터를 스템프판에 전사시키는 단계;

   상기 스템프판을 이용하여 디스크를 제작하는 단계;

   상기 디스크상에 VO₂, Sb 중 어느 하나로 이루어진 투과막을 형성하는 단계;

   상기 투과막 상에 반사막을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 근접장 광기록 방법을 이용한 데이터 기록시, 광섬유 팁(optical fiber tip)을 사용하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크 재조방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 요철의 크기는 수백Å~2000Å 인 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크 제조방법.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 요철은 라운드 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크 제조방법.
7. 제 3 항에 있어서,

   요철 형태의 데이터를 기록하는 단계는 상기 레이저광으로 상기 감광막의 소정영역을 에칭하여 요철 형태의 데이터를 기록하는 단계;

   상기 에칭된 감광막을 열처리 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 열처리 온도는 80℃~150℃인 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크 제조방법.
9. 라운드 형태의 요철로 데이터가 기록되고 그 위에 온도 변화에 따라 광투과도가 변하는 투과막을 갖는 고밀도 광디스크에 상기 데이터 재생을 위해 상기 광디스크에 레이저빔을 조사하는 단계;

   상기 레이저빔의 가우시안 분포에 따라 상기 레이저빔의 중심부분만 상기 투과막을 투과시키는 단계;

   상기 투과막을 투과한 레이저빔은 상기 라운드 형태의 요철에 의해 산란되고 반사되어 데이터를 재생하는 단계를 포함하는 고밀도 광디스크 재생방법.