KR100469277B1 - 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 광이 두께가 얇은 보호층으로 입사하는 구조를 갖는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법에 관한 것으로, 디스크를 회전시키며 광 경화제를 도포하는 단계;회전 속도를 높인 상태에서 광 경화제가 평탄화된 부분만 자외선을 조사하여 경화시키는 단계;가속과 높인 속도를 유지하는 등속의 회전 단계를 반복하며 경화되지 않은 부분을 나누어 평탄화와 경화 공정을 반복 진행하여, 디스크 전체 영역에 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 경화 공정시에 평탄화된 부분만을 경화시키기 위하여 평탄화되지 않은 다른 부분으로 조사되는 자외선을 차단하기 위한 마스크가 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법{Method for fabricating cover layer in recording media of high density}

본 발명은 레이저 광원을 이용해 정보를 기록하고 재생할 수 있는 광 디스크에 관한 것으로, 특히 레이저 광이 두께가 얇은 보호층으로 입사하는 구조를 갖는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 두께 1.2mm, 지름 12cm의 CD계 광 디스크의 이후에 출현한 DVD(Digital Versatile Disc)-5 타입의 광 디스크의 경우에는 편면 4.7Gbyte의 기록 용량을 가지고 있으며 이것은 CD 의 용량 680Mbyte의 약 7배에 해당하는 것이다.

이러한 기록 밀도의 향상은 광 스폿(spot)의 미소화, 트랙 피치(track pitch)의 축소, 그리고 광 입사면과 광 반사면 사이의 거리 감소(두께 감소 CD:1.2mm, DVD:0.6mm) 의해 실현되었다.

현재까지 개발되어 상용화되고 있는 CD, DVD계의 광 디스크들은 재생전용 (Read-only memory, ROM), 정보를 한번 기록할 수 있는 추기형 (Recordable, -R), 반복해서 정보를 읽고 쓰고 지울 수 있는 반복 기록형(Rewritable, -RAM, -RW)으로 나눌 수 있다.

이러한 광디스크들은 레이저 광원이 우선 투명한 기판 매체(Substrate)를 통해 입사 되고, 그 다음에 정보 기록 층을 거쳐 반사 층에 도달했을 때 반사되어 포토 디텍터 쪽으로 되돌아 가는 구조를 취하고 있다.

한편, 차세대 고밀도 광디스크의 경우 기록 용량을 높이기 위한 방법으로 광원의 단파장화 뿐 아니라 대물렌즈의 개구수 (NA: Numerical Apertures)도 높여 빔 스폿( Beam Spot) 지름을 줄임으로써 20~25GB정도의 용량을 실현한다.

그러나 단파장 광원 (예, 청색광원, 파장=407nm)의 사용과 함께, 개구수 (Numerical aperture, NA)가 큰 대물렌즈 (예, NA=0.85)를 사용할 경우, 레이저 광이 지나가는 기판의 두께가 커짐에 따라 아래의 수학식 1에서 보여주는 코마 수차 (Coma aberration)가 함께 커져 초점이 흐트러지는 문제점이 있다.

여기서, t는 정보 기록면에 도달하기 위해 레이저 광이 통과해야 하는 거리 (기판의 두께)이고, α는 기울어진 각도(tilt angle), n은 기판의 굴절율이다.

이러한 코마 수차를 감소시키기 위한 결과의 일례로 20GB이상의 고밀도 광디스크에서 0.1mm 두께를 갖는 보호층(cover layer)을 사용하는 구조가 제안되었다.

이하에서 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 광 디스크에 관하여 설명한다.

도 1a와 도 1b는 종래 기술의 정상 구조를 갖는 디스크 구조에서 구성층과 입사빔의 방향을 나타낸 구성도이고, 도 2a와 도 2b는 종래 기술의 역전 구조를 갖는 디스크 구조에서 구성층과 입사빔의 방향을 나타낸 구성도이다.

도 1a는 정상 구조의 재생전용형 디스크를 나타낸 것으로, 프리-그루브(Pre-groove) 혹은 프리-피트(pre-pit) 정보를 포함하는 두꺼운 폴리카보네이트(polycarbonate) 기판(11)에 반사층(Reflective layer)(12),UV 보호층(UV protective)(13)이 적층되는 구조이고, (14)층은 광 디스크를 가리킨다.

그리고 도 1b는 정상 구조의 재기록형 디스크를 나타낸 것으로, 폴리카보네이트(polycarbonate) 기판(11)에 유전층(Dielectric layer)(15),활성층(Active layer)(16),유전층(17),반사층(18),UV 보호층(13)이 적층되는 구조이고, (14)층은 광 디스크를 가리킨다.

정상 구조에 따른 디스크(예, CD나 DVD)에서는 프리-그루브(Pre-groove) 혹은 프리-피트(pre-pit) 정보를 포함하는 두꺼운 폴리카보네이트(polycarbonate) 기판(11)으로 레이저 광원(10)이 입사하여 다시 반사되는 구조를 갖는다.

이에 반하여, 도 2a는 역전 구조의 재생전용형 디스크를 나타낸 것으로, 폴리카보네이트 기판(21)에 반사층(22),보호층(cover layer)(23)이 적층되는 구조이고, (24)는 광 디스크를 가리킨다.

그리고 도 2b는 역전 구조의 재기록형 디스크를 나타낸 것으로, 폴리카보네이트 기판(21)에 유전층(25),활성층(26),유전층(27),반사층(28),보호층(23)이 적층되는 구조이고, (24)는 광 디스크를 가리킨다.

역전 구조에 따른 디스크에서는 얇은 보호층(cover layer)쪽(23)으로 입사하여, 미리 스탬프로부터 두꺼운 기판 표면(21)에 전사되어 있는 프리-그루브(pre-groove)나 프리-피트(pre-pit) 트랙(track) 위에 형성된 기록층(미도시)을 통한 후 반사층(28)에서 다시 되돌아오는, 역으로 적층된 구조를 갖는다.

여기서, 반복 기록형 디스크의 경우는 별도의 다이(dye)나 정보 기록층을 형성하고 있으며, 재생 전용 디스크의 경우는 프리-피트 트랙(pre-pit track)위에 반사층이 성막된 후에도 프리-피트 패턴(pattern)을 갖는 트랙이 존재하게 되는데 이 표면을 정보 기록층이라 한다.

이와 같이 역전 구조 디스크를 사용함으로써, 코마 수차에 의한 문제점을 개선할 수 있으며, 또한 기존의 CD나 DVD와는 달리, 기판이 반드시 투명할 필요가 없다는 점이 현재의 DVD와 기타의 HD(High-Density)급 광 디스크와의 중요한 차이점 중의 하나이다.

그러나 이와 같은 역전 구조 디스크는 기판의 레이저빔이 지나는 보호층의 두께를 줄여 코마 수차를 원천적으로 줄이도록 하였으나, 수학식 2에서와 같이 디스크 기판 자체의 기울기가 있을 경우 또는 진동 등에 의한 일시적인 기울기(tilt)변화로 인해 추가적으로 발생하는 코마 수차에 대해서는 상당히 민감하므로 기울기제어에 어려움이 있다.

이와 같은 종래 기술의 광 디스크의 보호층 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 3a내지 도 3d는 종래 기술의 광 디스크의 보호층 제조를 위한 공정 단면도이고, 도 4는 종래 기술의 보호층 형성시의 회전 속도와 보호층 두께의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 3a에서와 같이, 회전판(31)상에 위치하는 단층 또는 다층막이 성막된 디스크(32)상에 보호층을 형성하기 위한 광 경화제(33)를 도포하고 1단계의 저속(slow speed)으로 회전판(31)을 회전시킨다.

이어, 도 3b에서와 같이, 저속 회전에 의해 어느 정도 디스크(32)위에 광경화제가 도포가 되면 2단계의 중간 속도(middle speed)로 회전판(31)을 회전시킨다.

여기서, 디스크(32)상에 부분적으로 코팅된 광 경화제(33a)가 형성된다.

그리고 도 3d에서와 같이, 3단계로 고속(high speed)으로 회전판(31)을 회전시켜 광 경화제(33b)가 디스크 전면에 코팅되도록 한다.

이때, (가)부분은 고속 회전에 의해 발생하는 것으로 광 경화제가 액체 상태이므로 디스크 에지 영역으로 갈수록 쐐기 모양(Wedge shape)의 두께 불균일 부분이 생겨난다.

이어, 회전판(31)을 정지시키고 자외선을 조사시켜 디스크(32)상의 광 경화제(33c)를 경화시킨다.

여기서, 경화를 위해 회전판을 정지시키게 되면 (나)부분에서와 같이, 액체의 표면 장력에 의해 에지 부분에 두께 불균일이 더욱 커지게 되는 에지 비드(edge bead)문제 또한 발생하게 된다.

이와 같은 종래 기술의 광 디스크의 제조 공정은 도 4에서와 같이, 저속에서 중간 단계 그리고 중간 단계에서 고속의 단계로 회전판의 회전 속도를 가속하는 단계와, 고속 단계에서 광 경화제를 경화시키기 위하여 회전판의 회전 속도를 감속하는 단계로 나눌 수 있다.

가속 단계에서는 디스크의 중앙 부분에서는 광 경화제가 점점 평탄화되어 두께 균일 영역이 확보되는 것을 알 수 있으나, 에지 부분에서는 두께가 불균일한 영역이 존재하는 것을 알 수 있다.

그러나 이와 같은 종래 기술의 광 디스크의 제조 공정에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 5a에서와 같이, 회전시에 발생하는 쐐기 형태의 두께 불균일 부분이 도 5b에서와 같이, 회전판의 정지시에 액체의 표면 장력에 의해 에지 부분에 두께 불균일이 더욱 커지게 되는 에지 비드(edge bead)가 발생한다.

즉, 고속 회전 1회, 정지 후 1회 경화 과정을 갖는 종래 기술의 보호층 제조 방법의 경우는 바깥쪽 영역에서 쐐기 모양(wedged shape)의 두께 불균일 상태가 경화 후 그대로 유지되어 보호층의 두께 편차를 크게 하는 직접적인 원인이 된다.

이러한 원인으로 인해 레이저광의 입사 경로 상에 있는 보호층(cover layer)의 두께가 디스크 전 영역에 대해 균일하지 않음으로써 부위마다 경로차가 생겨 디스크의 기록 및 재생 신호 특성이 악화된다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 광 디스크의 제조 공정에서의 문제를 해결하기 위한 것으로, 레이저 광이 두께가 얇은 보호층으로 입사하는 구조를 갖는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조시에 보호층의 두께를 균일하게 하여 기록 및 재생의 품질을 향상시킬 수 있도록한 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a와 도 1b는 종래 기술의 정상 구조를 갖는 디스크 구조에서 구성층과 입사빔의 방향을 나타낸 구성도

도 2a와 도 2b는 종래 기술의 역전 구조를 갖는 디스크 구조에서 구성층과 입사빔의 방향을 나타낸 구성도

도 3a내지 도 3d는 종래 기술의 광 디스크의 보호층 제조를 위한 공정 단면도

도 4는 종래 기술의 보호층 형성시의 회전 속도와 보호층 두께의 상관 관계를 나타낸 그래프

도 5a와 도 5b는 보호층 제조 공정시에 발생하는 보호층 두께의 불균일 문제를 나타낸 단면도

도 6a내지 도 6e는 본 발명에 따른 광 디스크의 보호층 제조를 위한 공정 단면도

도 7은 본 발명에 따른 보호층 형성시의 회전 속도와 보호층 두께의 상관 관계를 나타낸 그래프

도 8은 본 발명에 따른 보호층 형성시에 사용되는 마스크의 UV 투과 특성을나타낸 구성도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

61. 회전판 62. 디스크

63. 광 경화제 63a. 부분적으로 코팅된 광 경화제

63b. 전면 코팅된 광 경화제 64. 마스크

65. 1차 경화된 보호층 66. 평탄화 과정의 광 경화제

67. 1,2차 경화후의 보호층

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법은 디스크를 회전시키며 광 경화제를 도포하는 단계;회전 속도를 높인 상태에서 광 경화제가 평탄화된 부분만 자외선을 조사하여 경화시키는 단계;가속과 높인 속도를 유지하는 등속의 회전 단계를 반복하며 경화되지 않은 부분을 나누어 평탄화와 경화 공정을 반복 진행하여, 디스크 전체 영역에 보호층을 형성하는 단계를 포함하고, 경화 공정시에 평탄화된 부분만을 경화시키기 위하여 평탄화되지 않은 다른 부분으로 조사되는 자외선을 차단하기 위한 마스크가 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6a내지 도 6e는 본 발명에 따른 광 디스크의 보호층 제조를 위한 공정 단면도이다.

그리고 도 7은 본 발명에 따른 보호층 형성시의 회전 속도와 보호층 두께의 상관 관계를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 보호층 형성시에 사용되는 마스크의 UV 투과 특성을 나타낸 구성도이다.

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 보호층의 제조 공정을 위하여 디스크 위에 광경화제를 도포한 후 회전판을 회전시켜 광경화제를 디스크 전 영역으로 도포시키는 동안에 영역을 분리하여 평탄화 및 경화 공정을 여러 번에 걸쳐 진행하는 것이다.

즉, 1차 회전에 의해 디스크의 안쪽부터 바깥쪽으로 어느 정도 일정한 두께를 유지하는 영역내의 광경화제를 1차로 자외선을 조사하여 경화시킨 후 더 높은 회전수를 유지하며 1차 경화된 영역 밖의 액상의 광경화제가 균일한 두께를 갖을 때 2차 경화를 시키는 것이다.

여기서, 경화 횟수는 두께의 균일도에 따라 2회 이상이 진행한다.

그리고 나누어진 해당 영역의 평탄화 단계와 그 평탄화된 부분의 경화 단계에서의 회전 속도는 동일하나(등속 구간), 평탄화 및 경화가 반복될수록 회전 속도는 높아진다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 평탄화 및 경화 공정을 분리하기 위한 UV 마스크(mask)는 1차 경화 영역과 2차 경화 영역이 서서히 고체상과 액체상을 갖는 즉, 상 구배(phase gradient)를 갖을 수 있도록 UV 투과도가 구배를 갖도록 구성된다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

보호층 제조 공정은 먼저, 도 6a에서와 같이, 회전판(spinning plate)(61)위에 단층 혹은 다층막이 성막 된 디스크(62)를 적치한다.

이어, 디스크(62)위에 광경화제(63)를 중앙 부분에 도포한 후에 회전판(61)을 제 1 속도(slow speed)로 회전시킨다.

그리고 도 6b에서와 같이, 제 2 속도(middle speed)로 회전을 시켜 광 경화제(63)가 디스크(62)의 에지 방향으로 확산되도록 하여 부분적으로 코팅된 광 경화제(63a)를 형성한다.

이어, 도 6c에서와 같이, 제 3 속도(1차 high speed)의 회전에 의해 전면 코팅된 광 경화제(63b)를 마스크(64)를 사용하여 부분적으로 UV를 조사하여 경화시킨다.

여기서, 1차 경화 영역은 디스크(62)의 중앙에서 에지 방향으로 어느 정도 일정한 두께를 유지하는 부분이고, 경화 공정은 제 3 의 속도로 회전이 이루어지는 상태에서 진행된다.

이와 같이, 부분적으로 경화가 이루어진 디스크(62)를 도 6d에서와 같이, UV 조사를 중지한 상태에서 제 4 속도(2차 high speed)로 회전시켜 1차 경화된 보호층(65)을 중심으로 외측의 아직 경화되지 않은 광 경화제가 평탄화되도록 한다.

도 6d에서 (66)은 제 4 속도에 의해 진행되는 평탄화 과정의 광 경화제(66)가 위치하는 부분이다.

이어, 도 6e에서와 같이, 제 4 속도로 회전하는 것에 의해 1차 경화된 영역 밖의 액상의 광경화제가 균일한 두께가 되는 시점에서 UV를 조사하여 2차 경화를 진행하여 1,2차 경화에 의해 균일한 두께를 갖는 보호층(67)을 형성한다.

이와 같은 본 발명에 따른 보호층 제조 공정시에 적용되는 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 7에서와 같이, 광경화제를 도포한 후 회전판의 저속 회전에 의해 어느 정도 기판 위에 광경화제가 도포가 되면 1차 고속 회전 과정을 갖게 되는데, 안쪽으로부터 바깥쪽으로 두께가 어느 정도 일정한 영역과 함께 바깥쪽에는 좁은 영역일지라도 쐐기 모양 (wedged shape)의 두께 불균일 영역이 생기게 된다.

이때, 바깥쪽의 두께 불균일 영역을 덮는 UV 마스크를 이용하여 1차적으로 두께가 안정한 영역만을 1차 고속 회전 중에 경화시키고, 그 후 1차 고속 회전 때 보다 더 높은 회전수를 갖는 2차 회전 과정을 진행하는 것이다.

이때는 1차 고속 회전 중에 불균일 했던 영역내의 액체 광경화제가 회전수 증가에 따라 균일한 두께를 갖게 되므로 이러한 상태에 도달하게 되면 회전 중에 2차 경화 과정을 갖도록 한다.

이와 같이, 2회의 고속 회전 및 경화 과정을 갖게 되면 두께 균일성뿐만 아니라 싸이클 타임 감소 효과 또한 있게 된다.

스핀 코팅의 경우에는 일반적으로 회전 시간이 증가함에 따라 두께가 감소하며 어느 정도 균일해 지는데 그 후에는 시간에 따른 두께 변화가 거의 없게 된다.

따라서, 본 발명의 경우 디스크의 전체 영역의 일정한 두께 확보 측면에서최소한의 회전 시간을 갖도록 공정을 설계할 수 있으므로 생산성 상승 효과 또한 가질 수 있게 된다.

만일 광경화제의 종류, 디스크 기판의 크기 변화, 두께 편차 범위 등의 변화가 있을 경우 안정적면서도 빠른 두께 확보를 위해 고속 회전 단계 및 경화 과정의 횟수를 3회 이상으로 할 수도 있다.

그리고 도 8에서와 같이, 1차 자외선 조사에 의해 경화된 고체 영역과 액체 영역 경계에서 2차 고속 회전시의 상 차이(phase difference)에 따른 경계면의 두께 불균일이 추가로 생겨날 수 있으므로 UV 마스크(mask)의 경우 1차 경화 영역과 2차 경화 영역에서 서서히 고체상과 액체 상을 갖는 즉, 상 구배(phase gradient)를 갖도록 UV 투과도가 구배를 갖도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법은 하나 이상의 광경화제를 사용하여 보호층을 제조하는 경우에 대해서도 적용할 수 있음은 당연하다.

이와 같은 본 발명에 따른 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 광경화제를 2회 이상의 고속 회전 및 경화 과정을 통해 보호층을 제작함으로써 두께가 일정하면서도 높은 생산성을 갖는데 효과가 있다.

또한, 고밀도 광디스크를 생산하는데 있어서 레이저 빔 입사 경로 상에 있는 보호층(cover layer)의 두께가 디스크 전 영역에 대해 균일하지 않음으로써 야기되는 빔의 경로차에 의한 문제를 해결하여 디스크의 기록 및 재생 신호 특성을 향상시킨다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 디스크를 회전시키며 광 경화제를 도포하는 단계;

   회전 속도를 높인 상태에서 광 경화제가 평탄화된 부분만 자외선을 조사하여 경화시키는 단계;

   가속과 높인 속도를 유지하는 등속의 회전 단계를 반복하며 경화되지 않은 부분을 나누어 평탄화와 경화 공정을 반복 진행하여, 디스크 전체 영역에 보호층을 형성하는 단계를 포함하고,

   경화 공정시에 평탄화된 부분만을 경화시키기 위하여 평탄화되지 않은 다른 부분으로 조사되는 자외선을 차단하기 위한 마스크가 사용되는 것을 특징으로 하는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 경화 공정을 가속이 완료된 등속 구간에서 진행하는 것을 특징으로 하는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 등속 구간의 회전 속도가 점차 증가하여 최종 평탄화 부분의 경화 공정시에 속도가 가장 빠른 것을 특징으로 하는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 마스크는 UV 투과도가 구배를 갖도록 구성되어 경화되는 부분과 그에 인접한 경화하지 않는 부분의 경계를 중심으로 고체 상과 액체 상이 상 구배(phase gradient)를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 광 경화제의 평탄화를 위한 가속 구간, 등속 구간에서는 자외선이 조사되지 않는 것을 특징으로 하는 고밀도 기록 매체의 보호층 제조 방법.