KR100359086B1 - 상변화광디스크 - Google Patents

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Abstract

적층 구조를 변경하여 기록마크가 균일하게 기록되도록 하고, 겹쳐쓰기시의 지터값을 감소시킬 수 있도록 된 상변화 광디스크가 개시되어 있다.
이 개시된 상변화 광디스크는 기판과, 이 기판 상에 순서대로 적층된 제1유전체층과, 기록층과, 제2유전체층과, 광투과가 가능하도록 선택된 소정 재료와 소정 두께를 갖는 열흡수층 및, 제3유전체층을 포함하여, 기록층이 비정질인 상태에서 기록층을 투과한 광이 기록층으로 재반사되지 않도록 하고, 제3유전체층의 두께조절에 의하여 광특성 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 한다.
따라서, 결정질과 비정질의 광흡수율 비가 대략 0.9 이상으로 되도록 함으로써 마크가 균일하게 기록되도록 한다. 또한, 겹쳐쓰기시 낮은 지터값을 가지므로 신호 재생시 오류 가능성을 줄일 수 있다.

Description

상변화 광디스크{Phase change optical disk}
본 발명은 기록/재생 가능한 상변화 광디스크에 관한 것으로서, 상세하게는 적층 구조를 변경하여 기록마크가 균일하게 기록되도록 하고, 겹쳐쓰기시의 지터값을 감소시킬 수 있도록 된 상변화 광디스크에 관한 것이다.
일반적으로 광디스크는 비접촉식으로 정보를 기록/재생하는 광픽업장치의 정보 기록매체로 채용된다. 이 광디스크는 정보의 기록 형식에 따라, 상변화 광디스크와, 피트형 광디스크 및 광자기 디스크로 구분할 수 있다.
상변화 광디스크는 입사되는 레이저 빔의 파우어 및 냉각속도에 따라서 레이저 빔이 조사된 부분의 기록막이 결정질 상태가 되거나 비정질 상태가 되는 성질을 가진다. 여기서, 기록막은 기록용 레이저 빔 조사시 용융된 후 비정질 상태가 되어야하므로 냉각속도가 충분히 커야하고, 상온에서 안정되어야 한다. 또한, 결정질 상태와 비정질 상태에서의 반사율 차이가 커야하며, 결정화 속도가 빨라야 한다.
이 상변화 광디스크는 입사되는 레이저 빔의 파우어를 조절함으로써 그 기록면에 정보의 기록, 소거 및 기록된 정보를 재생할 수 있으므로, DVD-RAM 등으로 널리 이용된다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 상변화 광디스크를 보인 개략적인 단면도이다. 도면을 참조하면, 종래의 상변화 광디스크는 기판(12)과, 이 기판(12) 상에 순차로 적층된 제1유전체층(14), 기록층(16), 제2유전체층(18) 및 반사층(19)으로 구성된다. 상기 기판(12)의 재질은 폴리카보네이트(Polycarbonate;PC)이고, 제1 및 제2유전체층(14)(18)의 재질은이고, 기록층의 재질은합금이며, 반사층(19)의 재질은 알루미늄이다. 상기 반사층(19)은 상기 기록층(16)을 투과한 광을 다시 기록층(16)으로 반사시켜 디스크의 반사율과 광에너지 효율을 높이고, 기록시 용융된 기록층(16)을 급냉시킴으로써 결정질 상태에서 비정질 상태로 변환시켜 마크를 형성시킨다. 기록된 신호의 소거는 기록에 사용된 레이저의 대략 절반 이하에 해당되는 파우어를 갖는 광을 입사시켜 비정질 상태의 마크를 결정화시킴에 의해 가능하다.
도 2를 참조하면, 상기한 바와 같이 구성된 광디스크에서 제1유전체층의 두께에 변화에 따른 기록층을 투과하여 반사층으로 입사되는 에너지 유입률을 살펴보면, 비정질 상태의 기록층을 투과하는 단위 시간당 에너지는 결정질 상태의 기록층을 투과하는 에너지보다 크다. 기록층을 투과한 에너지는 반사층으로부터 반사되어 다시 기록층으로 입사된다. 이 에너지의 상당 부분은 기록층에 흡수되므로 비정질 마크에서의 광흡수율이 결정질 마크에서의 광흡수율 보다 커져 겹쳐쓰기시 마크가 불균일하게 기록되어 지터값이 커지는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여, 미합중국 특허제5,650,992호(특허일자; 1997년 7월 22일)를 통해 '상변화 광디스크'가 개시된 바 있다. 이 개시된 상변화 광디스크는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(22)과, 이 기판(22) 상에 순차로 형성된 제1유전체층(24), 기록층(26), 제2유전체층(28), 반사층(30) 및 제3유전체층(32)으로 구성된다. 상기 기판(22), 제1 내지 제3유전체층(24)(28)(32) 및 기록층(26)의 재질은 도 1을 참조하여 설명된 상변화 디스크와 같다. 다만, 상기 반사층(30)은 그 재질이 Si로 되어 있으며, 이 반사층(30)의 상면에 제3유전체층(32)을 추가함으로써 기록층(26)의 결정질과 비정질에서의 광흡수율 비를 1.0 이상으로 높여 겹쳐쓰기시 마크가 균일하게 기록되도록 하였다.
한편, 이와 같이 Si 재질로 된 반사층(30) 상에 제3유전체층(32)을 입혀 광흡수율 차를 줄인 구조에 있어서는 Si의 열전도도가 작아 기록시 기록층(26)의 온도가 서서히 냉각되어 마크의 경계가 선명하지 못하여 고밀도 기록시 오히려 지터값이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 감안하여 안출된 것으로서, 층구조를 변경하여 겹쳐쓰기시 지터값이 낮은 상변화 광디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 일 예에 따른 상변화 광디스크를 보인 개략적인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 상변화 광디스크에서 단위 시간당 입사되는 전체 에너지에 대한 기록층을 투과하는 에너지의 비율을 제1유전체층의 두께을 변화시키면서 살펴본 그래프.
도 3은 종래의 다른 예에 따른 상변화 광디스크를 보인 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 상변화 광디스크를 보인 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 상변화 광디스크를 보인 개략적인 단면도.
도 6은 도 1, 도 4 및 도 5에 개시된 상변화 광디스크 각각의 구조에 대하여 제1유전체층의 두께에 따른 반사층에서 반사되어 기록층으로 입사되는 광파우어를 나타낸 그래프.
도 7은 도 4에 개시된 상변화 광디스크 구조에 대하여, 결정질과 비정질의 흡수율 비 Ac/Aa를 제3유전체층의 두께를 변화시키면서 살펴본 그래프.
도 8은 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5에 개시된 상변화 광디스크 각각의 구조에 대하여, 겹쳐쓰기 횟수에 따른 지터값의 변화를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
42...기판44...제1유전체층46...기록층
48...제2유전체층50...열흡수층52...제3유전체층
54...반사층
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상변화 광디스크는, 기판과, 이 기판 상에 순서대로 적층된 제1유전체층과, 기록층과, 제2유전체층과, 광투과가가능하도록 선택된 소정 재료와 소정 두께를 갖는 열흡수층 및, 제3유전체층을 포함하여, 상기 기록층이 비정질인 상태에서 상기 기록층을 투과한 광이 상기 기록층으로 재반사되지 않도록 하고, 상기 제3유전체층의 두께조절에 의하여 광특성 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 상변화 광디스크는 상기 제3유전체층 상에 적층된 반사층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 광디스크를 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 상변화 광디스크는 기판(42)과, 이 기판(42) 상에 순서대로 적층된 제1유전체층(44)과, 기록층(46)과, 제2유전체층(48)과, 열흡수층(50) 및, 제3유전체층(52)을 포함하여 구성된다.
이와 같이, 기록층(46) 상에 제2유전체층(48)과 열흡수층(50) 및, 제3유전체층(52)을 적층 형성한 경우, 비정질 상태의 기록층(46) 부분을 투과한 광파가 간섭현상에 의해 다시 기록층(46)으로 재입사되는 광에너지를 상쇄시킴으로써 광흡수율을 감소시킬 수 있어서, 비정질 상태의 광흡수율에 대한 결정질 상태의 광흡수율의 비 Ac/Aa가 증가된다. 즉, 상기 열흡수층(50) 재질로 스킨뎁스(skin depth)가 비교적 깊고, 열전도도가 높은 금속을 채용한다. 즉, 상기 열흡수층(50)의 재질은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질이다. 여기서, 상기 열흡수층(50)은 그 두께가 대략 50nm 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 열흡수층(50)의 두께는 대략 10㎚ 내지 50㎚이다.
또한, 상기 제3유전체층(52)은 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 구성된 것이 바람직하다. 상기한 상쇄간섭 조건은 상기 제3유전체층(52)의 두께 조절에 의해 결정될 수 있다. 즉, 상기 제3유전체층(52)의 두께를 조절하여 상쇄간섭조건을 맞춤으로써, 비정질 상태의 기록층(46)을 투과한 광파가 다시 기록층(46)으로 반사되지 않고 투과되도록 상쇄 간섭조건을 만족시켜주면 비정질 상태의 기록층(46) 부분에서의 광흡수율이 감소하여 Ac/Aa가 대략 0.9 이상으로 증가될 수 있다.
여기서, 광디스크에 입사되는 입사광의 파장이 대략 620㎚ 이상이고 680㎚ 이하인 경우에 적합하도록, 상기 제3유전체층(52)은 그 두께가 대략 30㎚ 이상이고 100㎚ 이하이거나, 대략 150㎚ 이상이고 250㎚ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 입사광의 파장이 대략 400㎚ 이상이고 500㎚ 이하인 경우에 적합하도록, 상기 열흡수층(50)의 굴절율은 그 실수부가 대략 0.1 이상 1.5 이하이고, 허수부가 대략 2.5 이상 6.0 이하인 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 상변화 광디스크는 기판(42)과, 이 기판(42) 상에 순서대로 적층된 제1유전체층(44)과, 기록층(46)과, 제2유전체층(48)과, 열흡수층(50), 제3유전체층(52) 및 반사층(54)을 포함하여 구성된다.
본 발명은 상기 제3유전체층(52) 상에 적층된 반사층(54)을 더 포함한 것에그 특징이 있다. 여기서, 상기 반사층(54)의 재질은 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 텅스텐(W), 백금(Pt), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mn), 코발트(Co), 아연(Zn), 크롬(Cr), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb) 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질이다.
한편, 상기 기판(42), 제1유전체층(44), 기록층(46), 제2유전체층(48), 열흡수층(50) 및 제3유전체층(52)의 재질 및 적층 구조는 도 3을 참조하여 설명된 본 발명의 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다.
이와 같이 구성된 상변화 광디스크에서는 비정질 상태에서 상기 기록층(46)을 투과한 광파의 대부분이 상기 열흡수층(50)과 반사층(54) 사이에서 다중 반사되다가 간섭 현상에 의해 열흡수층(50)과 반사층(54) 사이에서 흡수된다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 상변화 광디스크와, 도 1 및 도 3을 참조로 설명된 종래의 상변화 광디스크의 성능을 살펴보면 다음과 같다.
상기 기판(42)으로 트랙 폭이 대략 0.8㎛ 이하인 바람직하게는 0.6㎛인 랜드와 그루브를 갖는 기판을 사용하였으며, 기록 및 재생에 사용되는 레이저 광원의 파장은 대략 635nm이고, 대물렌즈의 개구수는 0.6이다. 그리고, 기록신호 변조방식은 EFM+를 사용하였으며, 1 Tw의 길이는 17.135 나노초에 해당된다.
도 6은 도 1, 도 4 및 도 5에 개시된 상변화 광디스크 각각의 구조에 대하여 제1유전체층의 두께에 따른 반사층에서 반사되어 기록층으로 입사되는 광파우어를나타낸 결과이다.
도 1에 도시된 종래의 상변화 광디스크의 경우(I), 광파우어비가 대략 26% 정도를 갖는다. 반면, 도 4 및 도 5 각각에 도시된 본 실시예에 따른 상변화 광디스크의 경우(Ⅳ)(Ⅴ), 광파워비가 대략 9% 미만을 갖는다. 이로부터 본 발명의 실시예에 따른 상변화 광디스크는 열흡수층(50)에서 반사되어 기록층(46)으로 재입사되는 광파우어가 크게 감소되었음을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 상변화 광디스크에서는 기록층(46)을 투과한 광이 반사 된 후 다시 기록층(46)으로 재입사되는 량이 적으므로 비정질 상태의 기록층(46)에서의 광흡수율이 감소되어 결정질과 비정질의 광흡수율 비 Ac/Aa가 대략 1.0 이상이 된다. 그러므로, 겹쳐쓰기시 마크가 균일하게 기록된다. 즉, 겹쳐쓰기할 때의 지터값이 낮은 값을 갖는다.
또한, 본 발명에서는 열흡수층(50)으로 열전도도가 실리콘(Si)의 3배 이상인 구리(Cu)나 금(Au)을 사용하는 경우, 상대적으로 얇은 두께에서도 높은 냉각 속도를 실현하여 낮은 지터값을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상변화 광디스크는 비정질 상태의 기록층을 투과한 광이 열흡수층(50)으로부터 다시 기록층(46)으로 반사되지 못하므로 비정질 마크 부분에서의 반사율이 낮아져, 비정질 상태의 마크에서의 반사율과 결정질 상태의 반사율 차이로 나타내는 재생신호의 진폭이 증가하게 된다.
도 7은 도 4에 개시된 상변화 광디스크 구조에 대하여 열흡수층으로 각각 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu)를 사용한 경우, 결정질과 비정질의 흡수율 비 Ac/Aa를 제3유전체층의 두께를 변화시키면서 살펴본 그래프이다. 스킨 뎁스가 얕은 알루미늄(Al)을 사용한 경우는 간섭현상이 일어나지 않아 Ac/Aa 가 대략 0.88 정도로 작은 값을 갖게 된다. 반면, 두께 25㎚의 금(Au)과 구리(Cu)를 사용한 경우는 제3유전체층의 두께를 소정 두께로 결정할 경우, Ac/Aa가 1.0보다 큰 값을 얻을 수 있다. 그러나, 구리(Cu)의 두께가 50㎚가 되면 광투과율이 감소되어 간섭현상이 크게 일어나지 않아 높은 Ac/Aa를 얻을 수 없음을 알 수 있다.
도 8은 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5에 개시된 상변화 광디스크 각각의 구조에 대하여, 겹쳐쓰기 횟수에 따른 지터값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5에 도시된 본 발명에 따른 상변화 광디스크 구조의 경우, 제1 및 제3도에 도시된 종래의 상변화 광디스크 구조의 경우에 비하여 지터값이 크게 감소됨을 알 수 있다. 이와 같은 지터값의 감소는 신호 재생시의 오차가 감소됨을 의미한다.
본 발명에 따른 상변화 광디스크는 금속반사층과 제1 내지 제3유전체층을 갖도록 층구조를 변경함으로써, 결정질과 비정질의 광흡수율 비 Ac/Aa가 대략 1.0 이상으로 되도록 함으로써 겹쳐쓰기시 마크가 균일하게 기록 되도록 한다. 또한, 겹쳐쓰기시 낮은 지터값을 가지므로 신호 재생시 오류 가능성을 줄일 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판과, 이 기판 상에 순서대로 적층된 제1유전체층과, 기록층과, 제2유전체층과, 광투과가 가능하도록 선택된 소정 재료와 소정 두께를 갖는 열흡수층, 제3유전체층 및 상기 제3유전체층 상에 적층된 반사층을 포함하며,
    상기 기록층이 비정질인 상태에서 상기 기록층을 투과한 광이 상기 기록층으로 재반사되지 않도록 하고, 상기 제3유전체층의 두께조절에 의하여 광특성 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 상변화 디스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열흡수층은,
    구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 광디스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열흡수층은 그 두께가 대략 50nm 이하인 것을 특징으로 하는 상변화 광디스크.
  4. 제1항에 있어서, 입사광의 파장이 대략 620㎚ 이상이고 680㎚ 이하인 경우에 적합하도록, 상기 제3유전체층의 두께가 대략 30㎚ 이상이고 100㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 상변화 광디스크.
  5. 제1항에 있어서, 입사광의 파장이 대략 620㎚ 이상이고 680㎚ 이하인 경우에 적합하도록, 상기 제3유전체층의 두께가 대략 150㎚ 이상이고 250㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 상변화 디스크.
  6. 제1항에 있어서, 입사광의 파장이 대략 400㎚ 이상이고 500㎚ 이하인 경우에 적합하도록, 상기 열흡수층의 굴절율은,
    실수부가 대략 0.1 이상 1.5 이하이고, 허수부가 대략 2.5 이상 6.0 이하인 것을 특징으로 하는 상변화 디스크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3유전체층은,
    및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 상변화 광디스크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기록층은 결정질 상태에서의 광흡수율 Ac과, 비정질 상태의 광흡수율 Aa의 비가 아래의 조건식을 만족하며, 상기 결정질 상태와 비정질 상태의 광위상차가 5°이하인 것을 특징으로 하는 상변화 디스크.
    <조건식>
    Ac/Aa ≥0.9
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판은 트랙폭이 대략 0.8㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상변화 디스크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반사층은,
    게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 텅스텐(W), 백금(Pt), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mn), 코발트(Co), 아연(Zn), 크롬(Cr), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb) 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 광디스크.
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