KR100476286B1 - 광정보 기록 매체 - Google Patents

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노부유끼 다까모리
히데하루 다지마
아끼라 다까하시
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

광정보 기록 매체에는 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 박막층과 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막이 포함된다. 상기 박막층은 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층을 포함하는 단층막 또는 다층막이고, 보호막의 선 팽창 계수 및 영률의 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다 크고, 또한 박막보호막의 선 팽창 계수의 값이 7.0×10-5 (1/℃)보다 크고, 5.0×10-4 (1/℃)보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

광정보 기록 매체 {Optical Data Recording Medium}
본 발명은 정보를 기록 또는 재생하는 광정보 기록 매체에 관한 것으로, 특히 환경 변화 및 경시 변화에 의한 휘어짐을 억제할 수 있는 광정보 기록 매체에 관한 것이다.
도 1에 광정보 기록 매체의 구조를 나타내는 단면 모식도를 표시한다. 도 8(a) 및 8(b) 각각에 종래의 광정보 기록 매체의 평면도 (a) 및 측면도 (b)를 나타낸다.
광정보 기록 매체는 도 1에 나타낸 바와 같이 폴리카보네이트 등으로 이루어진 원반형의 기판 (20) 위에 스퍼터링 등에 의해 하나 이상의 유전체막 (41, 43) (질화규소 등), 기록막 (42) (TbFeCo), 반사막 (44) (Al)을 포함하는 단층 또는 다층의 박막층 (40)이 형성되어 있다. 박막층 (40) 상에 수지막 등과 같은 박막보호막 (50)이 형성된다. 또한, 기판의 광입사면 상에는 기판을 보호하기 위한 수지막과 같은 기판 보호막 (30)이 형성되어 있다.
기판 (20)이 약 1.2 mm, 스퍼터링에 의해 형성되는 단층 또는 다층 박막층 (40)의 두께가 10 내지 300 nm, 박막보호막 (50)의 두께가 1 내지 30 ㎛, 기판 보호막 (30)의 두께가 1 내지 30 ㎛이다.
광정보 기록 매체의 거의 전체 두께를 폴리카보네이트 기판 (20)이 차지하기 때문에, 광정보 기록 매체의 강성은 그 대부분이 폴리카보네이트 기판 (20)에 의존하며, 폴리카보네이트 기판 (20)이 충분히 두껍기 때문에 환경 변화 (온습도 변화)에 의한 매체의 변형은 매우 작으며, 각 층에 발생하는 응력 및 굽힘 모멘트의 균형은 고려할 필요가 없었다.
그런데, 최근 광정보 기록 매체의 고밀도 기록 및 재생이 요구되고, 빔 스폿 (beam spot)을 감소시키기 위해서 대물 렌즈의 고NA화 및 기판의 박형화가 도모되고 있다.
일반적으로 원판형의 매체에 입사하는 레이저 빔의 유효 직경 (γ)은 레이저 빔의 파장 (λ)과, 대물 렌즈의 개구도 (NA)를 사용하여 γ∝λ/NA로 표시된다. 고밀도 기록을 달성하기 위해서는, 레이저 빔의 파장 λ를 작게 하고 높은 NA의 대물 렌즈가 사용된다. 그러나, 단순히 NA를 올리는 것 만으로는 대물 렌즈와 디스크의 각도가 틀어질 경우, 기록에 악영향을 미치는 코마 (coma)가 생긴다. 이 코마는 NA의 3승에 비례하여 커진다고 알려져 있다. 코마를 방지하기 위해서는 기판의 두께를 1/(NA)3으로 할 필요가 있다. 기판 두께로서는 종래의 1.2 mm 두께로부터 0.6 mm 두께, 0.5 mm 두께로 반 또는 그 이하로 얇아지는 경향이 있다. 이경우, 광정보 기록 매체의 강성은 폴리카보네이트 기판 (20) 뿐만 아니라 층에서 발생하는 응력 또는 굽힘 모멘트에 좌우된다. 환경 변화 (온습도 변화)가 발생했을 경우, 상기 매체는 현저하게 휘어질 것이다. 따라서, 각 층의 두께 등의 적합한 균형을 달성하는 것이 중요해지고 있다.
광정보 기록 매체의 휘어짐을 억제하는 방법으로서, 일본특허공개 평4-195745호에는 기판의 뒷면 (박막층이 형성되어 있지 않은 면)에 휨 방지용 유전체막을 설치하는 방법이 제안되어 있다.
도 9에 상기 문헌의 광정보 기록 매체의 단면도를 표시한다. 도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 나타내었다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 투명한 폴리카보네이트 기판 (20)의 광입사면에 유전체층 (60)이 형성된다. 투명 기판 (20)의 광입사면의 상대편에 위치하는 제1 유전체막 (41), 기록막 (42) 및 제2 유전체막 (43)의 3개 막의 열팽창 계수와 광 입사면의 유전체층 (60)과의 열팽창 계수를 동등하게 함으로써 광정보 기록 매체의 휘어짐을 방지하고 있다.
또한 일본특허공개 평10-64119호에는 박막보호막(50)을 두껍게 도포함으로써 온도 상승에 의한 광 디스크의 휘어짐을 감소시킨다는 것이 기재되어 있다. 상기 문헌에 따른 광정보 기록 매체의 구조는 도 1과 동일하다. 상기 문헌에 따르면 폴리카보네이트 기판 (20) 상에 박막층 (40)을 형성한 후에 약 30 ㎛ 내지 50 ㎛의 박막보호막 (50)을 형성하여 박막층 (40)을 보호한다. 이 박막보호막 (50)을 두껍게 함으로써 폴리카보네이트 기판 (20)의 열팽창과 박막보호막 (50)의 열팽창을 균형화하여 디스크의 휘어짐을 감소시키는 것이다.
또한, 도 10에 일본특허공개 평4-364248호에 따른 종래의 광정보 기록 매체의 다른 예의 단면도를 나타낸다.
이 기록 매체는 기판 (20), 기판 보호막 (유전체층) (30), 박막층 (40), 박막보호막 (50)을 포함한다. 또한, 습도 변화에 의한 휘어짐을 방지하기 위해서 기판 (20)과 기판 보호막 (30) 사이에 SiO2나 AlN으로 이루어지는 투습 방지막 (70)을 설치한 것이다.
일본특허공개 평4-195745호 및 일본특허공개 평4-364248호에 따른 상기 종래의 매체는 모두 기판의 광입사면에 스퍼터링 등에 의해 유전체층 (30, 60)이 설치되어야만 한다. 따라서, 생산시 기판의 한쪽 면에 박막층 (40)을 형성한 후, 그 기판을 뒤집어 반대쪽 면에 유전체층 (60, 30)을 형성한다. 따라서, 공정이 복잡해지고, 생산 설비의 고가격화를 초래하여 제조 비용이 증가한다.
또한, 일본특허공개 평10-64119호의 방법에 따르면 박막보호막 (50)의 막 두께가 지나치게 두꺼워져 비용이 증가하고 공정도 복잡해진다.
광정보 기록 매체가 광 자기 정보 기록 매체인 경우, 정보 기록시에 자기 헤드 코일의 자계와 인덕턴스를 내려 자계를 고속으로 반전시키기 위해서 자기 헤드 코일과 박막층 (40)을 근접시키는 것이 바람직하다. 따라서 박막보호막 (50)의 막 두께를 두껍게 하는 것은 자기-광정보 기록 매체의 자기 특성의 감소를 초래하여 기록 및 재생에 문제가 생긴다.
본 발명은 온습도 변화에 따른 변형 (휘어짐)을 방지할 수 있고, 제조가 용이한 광정보 기록 매체를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 박막층과 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 포함하는 광정보 기록 매체로서, 상기 박막층이 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층으로 이루어지는 단층막 또는 다층막이고, 박막보호막의 선 팽창 계수 및 영률의 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다도 크고, 또한 박막보호막의 선 팽창 계수의 값이 7.0×10-5 (1/℃)보다 크고 5.0×10-4 (1/℃)보다 작다는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 출원의 상기와 같은 목적은 하기 상세한 설명에 의해 보다 용이하게 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시양태인 상세한 설명 및 특정한 실시예는 단지 예시를 위한 것이며, 이러한 상세한 설명으로부터 본 발명의 사상 및 범위내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 당업계의 숙련인들에게 명백한 것이다.
본 발명은 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 박막층과 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 포함하는 광정보 기록 매체로서, 상기 박막층이 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층으로 이루어지는 단층막 또는 다층막이고, 박막보호막의 선 팽창 계수 및 영률의 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다도 크고, 또한 박막보호막의 선 팽창 계수의 값이 7.0×10-5 (1/℃)보다 크고 5.0×10-4 (1/℃)보다 작다는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 실질적으로 기록 및 재생에 악영향을 미치지 않을 정도로 매체 자체의 변형 (휘어짐)을 방지할 수 있고, 종래의 매체에 비하여 정보의 기록 및 재생을 통한 매체의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 박막보호막과 투명 기판과의 관계는 하기 조건 중 어느 하나를 만족시키는 것이 필요하다.
(a) 보호막의 선 팽창 계수 > 투명 기판의 선 팽창 계수,
(b) 보호막의 영률 > 투명 기판의 영률,
(c) 보호막의 선 팽창 계수 > 투명 기판의 선 팽창 계수 및 보호막의 영률 > 투명 기판의 영률.
상기 (a), (b) 및 (c)의 어느 경우에서도, 휘어짐 방지의 관점에서 보호막의 선 팽창 계수는 7.0×10-5 (1/℃) 내지 5.0×10-4 (1/℃)의 범위 내에 있는 것이 필요하다.
본 발명은 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 박막층과 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 포함하는 광정보 기록 매체로서, 상기 박막층이, 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층을 포함하는 단층막 또는 다층막이고, 박막보호막의 선 팽창 계수 및 영률의 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다 크고, 또한 박막보호막의 영률의 값이 2.0×109 (Pa)보다 크고 1.O×1O10 (Pa) 보다 작은 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체를 제공하는 것이다.
이 경우도, 상기한 (a), (b) 및 (c) 중 어느 하나를 만족시킬 필요가 있고, 영률도 상기한 범위 내로 하는 것이 필요하다.
여기서, 상기 박막보호막 (50)의 막 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛이다. 상기 투명 기판은 폴리카보네이트 또는 폴리올레핀으로 이루어질 수 있다.
매체의 휘어짐을 효과적으로 방지하기 위해서, 박막보호막은 상기한 선 팽창 계수 또는 영률을 만족시키는 재료로 이루어진다. 이러한 재료의 예로는 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 또는 폴리에테르 아크릴레이트 등을 주성분으로 하는 자외선 경화 수지가 포함된다.
또한, 본 발명의 광정보 기록 매체에는 종래의 매체에 설치된 기판 보호막 (30)은 설치할 필요가 없다. 그러나, 스크래치 방지 및 휘어짐 억제 등을 위해 매체 전체의 두께가 조금 두꺼워지기는 해도 투명 기판 (20)의 광입사면에 기판 보호막 (30)이 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명은 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 박막층과 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 포함하는 광정보 기록 매체에 있어서, 상기 박막층이, 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층을 포함하는 단층막 또는 다층막이고, 상기 투명 기판이 폴리카보네이트 또는 폴리올레핀으로 이루어지고, 그 두께가 0.5 mm인 경우에, 박막보호막의 선 팽창 계수 및 영률의 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다 크고, 또한 박막보호막의 선 팽창 계수의 값이 7.0×10-5 (1/℃)보다 크고, 5.0×10-4(1/℃)보다 작아지도록 박막보호막을 선택하는 광정보 기록 매체의 박막보호막의 선정방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 투명 기판과 투명 기판 상에 형성된 박막층과 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 포함하는 광정보 기록 매체에 있어서, 상기 박막층이, 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층을 포함하는 단층막 또는 다층막이고, 상기 투명 기판이 폴리카보네이트 또는 폴리올레핀으로 이루어지고, 그 두께가 0.5 mm인 경우에, 박막보호막의 선 팽창 계수 및 영률의 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다 크고, 또한 박막보호막의 영률의 값이 2.0×109 (Pa)보다 크고, 1.0×1010 (Pa)보다 작아지도록 박막보호막을 선택하는 광정보 기록 매체의 박막보호막의 선정방법을 제공하는 것이다.
먼저, 온도 변화시의 광정보 기록 매체의 변형 (휘어짐)과 그 원리에 대해서 설명한다.
본 발명에서 대상으로 하는 광정보 기록 매체는, 예를 들면 폴리카보네이트로 이루어진 투명 기판 (20), 스퍼터링에 의해 형성된 유전체막 (41, 43) (질화알루미늄, 질화규소), 기록막 (42) (TbFeCo), 반사막 (44) (Al 합금 등) 등의 박막을 포함하는 단층, 또는 다층의 박막층 (40)으로 이루어진다. 이 박막층 (40) 위에 수지를 주성분으로 하는 박막보호막 (50)을 형성하여 박막층 (40)을 보호한다. 또한, 기판 (20)을 보호하기 위해 수지를 주성분으로 하는 기판 보호막 (30)이 기판의 광입사면 상에 형성된다.
이러한 구조의 매체는 여러가지의 것이 시판되고 있다. 본 발명의 대상으로서는 광자기 기록 매체 (MD, MO 등), 박막층 (40)이 반사막 (44) (Al 등)만을 포함하는 재생 전용 매체 (CD, DVD, DVD-ROM), 박막층 (40)이 유기 안료막 및 반사막 (44) (Au, Ag)를 포함하는 추기형 광매체 (CD-R, DVD-R), 박막층 (40)이 유전체막 (41, 43) (ZnS-SiO2 등), 기록막 (42) (GeSbTe, AgInSb 등), 반사막 (44) (Al 합금 등)을 포함하는 상변화 광기록 매체 (CD-RW, DVD-RW, DVD-RAM, DVR) 등이 포함된다.
이와 같이 광정보 기록 매체는 다층으로 구성된다. 층은 선 팽창 계수와 같은 물성 및 온도 변화시에 각 층에 발생하는 응력이 상이해진다.
즉, 일반적으로는 투명한 폴리카보네이트 기판 (20), 기판 보호막 (30) 및 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수는 단층, 또는 다층의 박막층 (40)의 선 팽창 계수보다 크다. 따라서, 단층 또는 다층의 박막층 (40)의 기판의 반경 방향으로의 팽창은 그 밖의 층과 비교하여 매우 작아진다.
이 경우, 투명 기판 (20)의 두께는 기판 보호막 (30) 및 박막보호막 (50)의 두께와 비교하여 매우 크다. 또한, 박막층 (40)의 각 박막의 영률이 다른 층과 비교하여 매우 커진다. 따라서, 온도 변화시의 변형의 원인으로서는 박막층 (40)의 팽창이 작고 기판 (20)의 팽창이 큰 것이 지배적이 되기 쉽다. 그 결과 광정보 기록 매체 (10)은 그 반경 방향에 수직, 즉 두께 방향으로의 기판 보호막 (30)을 향해 휘어지기 쉽다.
도 2(a)는 매체의 휘어짐을 설명하는 평면도이고 도 2(b)는 측면도이다. 도 2 (b)의 파선으로 나타낸 박막보호막 (50)으로의 매체의 휘어짐을 (+) 방향으로 하고, 기판 보호막 (30) (광입사면)으로의 매체의 휘어짐을 (-) 방향으로 한다.
여기서, 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수, 영률 및 막 두께를 적절히 조정하면, 막 두께 방향에 수직인 면을 중립면으로서 투명 기판 (20) 및 기판 보호막 (30)의 온도 변화에 의한 굽힘 모멘트와 박막보호막 (50)의 굽힘 모멘트가 균형을 이룬다. 따라서, 온도 변화에 의한 변형 (반경 방향에 대해 수직인 막 두께 방향에 있어서의 기판 보호막 (30)으로의 휘어짐)이 작아질 가능성이 있다.
이러한 점으로부터, 온도 변화시의 매체의 변형을 감소시키기 위한 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수, 영률 및 막 두께의 적절한 값을 구하기 위해 다음과 같은 근사 계산을 하였다.
광정보 기록 매체 (10)에는 온도 변화시에 반경 방향으로 작용하는 응력 (축력)과 원주 방향으로 작용하는 응력과 막 두께 방향으로 작용하는 응력이 발생한다. 광정보 기록 매체 (10)은 원반형이기 때문에 원주 방향으로 작용하는 응력은 원주 내에서 균일하다. 또한, 막 두께 방향의 응력도 각 층 내에서는 균일하게 작용한다. 따라서, 이러한 응력이 변형에는 기여하지 않는다고 가정할 수 있다. 따라서, 광정보 기록 매체 (10)의 변형, 즉 휘어짐 (반경 방향에 수직인 두께 방향의 기판 보호막 (30) (- 방향)으로의 휘어짐, 휘어짐 각 θ로 평가)는 매체의 단면부에 상당하는 다층 빔에서의 휘어짐으로 대체할 수 있다. 도 3은 그 다층 빔을 나타낸 도면이다.
도 3에서는 n층 빔을 나타낸다. 이 n은 광정보 기록 매체의 층수이고, 도 1의 광정보 기록 매체의 경우에는 n=7이다.
이 다층 바늘에서의 습도 변화시의 휘어짐 각도 θ는 각 층의 축력 Pi (i=1, 2, 3, ...., n)와 굽힘 모멘트 Mi의 균형으로부터 얻는 수학식 1 내지 5 ("다층 빔 이론에 의한 전자 장치", 오다 쥬하찌, 가나자와 대학, 기론, 59권, 563호, 1777 내지 1782쪽, 1993년)에 의해 나타낼 수 있다.
수학식 1 내지 5에서의 각 기호의 의미를 이하에 나타낸다.
αi: i층의 선 팽창 계수
Ei: i층의 영률
ti: i층의 두께
Pi: i층에서의 축력
Mi: i층에서의 굽힘 모멘트
Ri: i층에서의 곡률 반경
Ii: i층의 단면 2차 모멘트
b: 빔의 폭 (단위 길이로 정의됨)
T: 온도 변화량 (℃)
L: 빔의 길이
y: n층 빔의 중립면 위치
θ: 최대 휘어짐이 일어나는 길이 4 mm에서의 휘어짐 각도.
또한, 각 층의 두께가 곡률 반경과 비교하여 훨씬 작기 때문에 모든 층 (i=1, 2, .., n)에서의 곡률 반경은 동일 (R1=R2=R3=…=Rn=R)해 진다. 온도 변화량 T란 주위 온도 (일반적으로 -15 ℃ 내지 70 ℃)하에서의 매체 자체의 온도를 말한다.
온도 변화시의 휘어짐을 제어하기 위해서, θ가 작아지도록, 이들 1로부터 5까지의 식에 의해 박막보호막 (50)의 영률과 선 팽창 계수와 막 두께를 선택한다. 즉, 이러한 식을 사용함으로써 온도 변화시에 있어서의 중립면 위치 (y)를 박막층 내로 하기 위한 영률 등의 선택이 가능해진다. 또한 매체를 구성하고 있는 각층 중에서 변형 속도가 가장 느린 박막층 (40)의 변형이 극히 작아지고, 실제의 온도 변화시에 문제가 되는 변위의 오버 슈트도 작은 것이 된다는 것이 예상된다.
또한 식 1 내지 5로부터, 박막보호막 (50)의 영률의 값이나 선 팽창 계수를 기판 (20)보다도 높게 하면, 박막보호막의 두께가 얇아도 기록 막 등의 박막층 (40) 중에 중립면 위치 (y)가 생겨 휘어짐을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음으로 상기 원리에 의하여 형성한 광정보 기록 매체의 실시예에 대해서 설명한다.
이 실시예에서는, 박막층 (40)이 질화알루미늄 1층만으로 이루어진다고 가정하고 있다. 이것은 박막층 (40)의 변형은, 일반적으로 알루미늄 등의 유전체층이 주로 그 변형 원인이 되는 일이 많기 때문이며, 다층으로 이루어지는 경우도 거의 동일한 변형을 한다고 생각하여도 문제는 없다. 또한 여기에서는 기판 보호막 (30)이 없는 광정보 기록 매체의 실시예를 나타낸다. 만일 기판 보호막 (30)이 존재할 경우에는, 그것까지도 고려하여 각층 (특히 박막보호막 (50))의 막 두께 등의 설계를 행할 필요가 있다.
<실시예1>
실시예 1의 광정보 기록 매체로서 폴리카보네이트 기판 (투명 기판 (20)) 상에 질화알루미늄 박막층 (박막층 (40))과 수학식 1 내지 5를 사용하여 설계된 자외선 (UV) 경화 수지 1 (박막보호막 (50))이 형성된 매체를 형성하였다. 또한, 비교예 1의 광정보 기록 매체로서 폴리카보네이트 기판 상에 질화 알루미늄의 박막층과 종래의 자외선 (UV) 경화 수지 2 (박막보호막 (50))가 형성된 광정보 기록 매체를 형성하였다. 도 11, 12에 각각 실시예 1, 비교예 1의 매체의 구조를 나타낸다.
도 11, 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 두 광정보 기록 매체는 박막보호막 (50)으로서 UV 경화 수지의 선 팽창 계수가 상이하다. 도 11에 나타낸 실시예 1의 광정보 기록 매체가 비교 매체보다 선 팽창 계수가 크다. 또한, 투명 기판 (20)으로서는 양자 모두 내경이 8 mm, 외경이 50 mm, 기판 두께가 0.5 mm인 것을 사용하였다.
본 발명의 실시예 1에 따른 광정보 기록 매체에 있어서 박막보호막 (50)으로서 종래 사용되고 있던 UV 경화 수지 2보다 큰 선 팽창 계수 (9.50×10-5)를 갖고, 수학식 1 내지 5를 사용하여 막 두께 (16 ㎛)를 결정한 박막보호막 (50)을 선택하였다. 도 12에 나타낸 종래의 광정보 기록 매체와 비교하기 위해서, 양 매체에 25 ℃에서 70℃로 온도가 상승하도록 환경 변화를 부여하였다. 외주부 (r=24 mm)에서의 휘어짐 각 θ의 변화량 (Δθ)의 경시 변화를 측정하였다.
즉, 도 4 및 도 5에 따르면 종래의 매체 및 본 발명의 매체의 선 팽창 계수는 각각 5.62×10-5 (1/℃) 및 9.50×1O-5 (1/℃)이다.
즉, 도 4는 종래의 매체 중 박막보호막 (50)이 낮은 선 팽창 계수를 나타냄을 보이는 반면, 도 5는 실시예 1의 매체 중 박막보호막 (50)이 높은 선 팽창 계수를 나타냄을 보인다.
도 4에 따르면, 환경 온도가 70 ℃로 상승할 경우, 휘어짐 각의 변화량이 +10 mrad 정도가 되고, 이는 박막보호막 (50)을 향해 크게 휘고 있음을 나타낸다.
한편, 도 5에 따르면, 환경 온도가 70 ℃로 상승하더라도, 휘어짐 각의 변화량은 +2 mrad 이내에 있으며, 이는 박막보호막 (50)을 향해 약간 휘고 있음을 나타낸다.
본 발명의 광정보 기록 매체에 따르면, 비교예 1의 매체와 비교하여 동일 온도 변화라도 휘어짐 각의 변화량이 매우 작아진다. 즉, 본 발명의 매체에서는 박막보호막 (50)의 막 두께가 20 ㎛ 이하이어도 변형이 억제된다.
도 7은 도 11에 나타낸 본 발명의 실시예 1의 광정보 기록 매체의 선 팽창 계수와 영률의 관계를 설명하는 그래프를 나타낸다. 도 7에서, 곡선 a1은 박막보호막 (50)의 두께가 20 ㎛이고, 휘어짐 각의 변화량이 -5 mrad인 매체로부터 유도되고, 곡선 a2는 박막보호막 (50)의 두께가 20 ㎛이고, 휘어짐 각의 변화량이 +5 mrad인 매체로부터 유도되고, 곡선 b1은 박막보호막 (50)의 두께가 5 ㎛이고, 휘어짐 각의 변화량이 -5 mrad인 매체로부터 유도되고, 곡선 b2는 박막보호막 (50)의 두께가 5 ㎛이고, 휘어짐 각의 변화량이 +5 mrad인 매체로부터 유도된다.
박막보호막 (50)의 두께가 5 ㎛ 내지 20 ㎛인 경우, 선 팽창 계수와 영률의 관계는 곡선 a2와 곡선 b1의 사이에 들어 간다. 또한 휘어짐 각의 변화량이 ±5 mrad의 범위에 들어가도록 하기 위해서는 선 팽창 계수와 영률이, 이들 사이의 관계가 박막보호막 (50)의 두께가 20 ㎛의 경우 곡선 a1과 a2의 사이에 들어가거나, 또는 박막보호막 (50)의 두께가 5 ㎛의 경우 그래프 b1과 b2의 사이에 들어가도록 적절하게 조절될 필요가 있다.
영률을 2.0×109 (Pa)로 고정하고 박막보호막 (50)의 막 두께를 20 ㎛으로 한 경우, 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수는 투명 기판의 선 팽창 계수보다 크며 1.2×10-4 (1/℃) 내지 2.0×10-4 (1/℃)의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다. 박막보호막 (50)의 막 두께를 5 ㎛으로 변화시킨 경우, 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수는 투명 기판보다 크며 3.2×10-4 (1/℃) 내지 4.9×10-4 (1/℃)의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다.
이 그래프에 따르면, 박막보호막 (50)의 두께가 5 내지 20 ㎛인 경우 휘어짐 각의 변화량을 ±5 mrad로 유지하기 위해서, 선 팽창 계수는 투명 기판 (20)의 선 팽창 계수 보다도 크며 7.0×10-5 (1/℃)보다 크고, 5.0×10-4 (1/℃)보다 작은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 선 팽창 계수가 1.O×1O-4 (1/℃)보다 크고, 2.O×10-4 (1/℃)보다 작은 범위, 즉 투명 기판 (20)의 선 팽창 계수 (6×10-5 (1/℃))의 1.5 배 내지 3 배의 범위내이다.
상기한 바와 같이, 적절한 수치 범위의 선 팽창 계수를 갖도록 박막보호막 (50)을 선택한다. 따라서, 광정보 기록 매체의 휘어짐을 정보의 기록 및 재생에 사실상 영향을 주지 않는 소정의 범위내로 조절할 수 있다.
<실시예 2>
다음으로, 영률이 높은 UV 경화 수지 3을 사용한 광정보 기록 매체에 대해서 설명한다. 도 13은 실시예 2에 따른 매체의 구조를 나타낸다.
도 13의 실시예 2의 매체와 도 12의 비교예 1의 매체를 비교하면, 박막보호막 (50)을 구성하는 UV 경화 수지 3의 재료가 상이하다. 또한, 실시예 2의 매체의 영률 (9.00×109 (Pa))이 비교예 1의 매체의 영률보다 높다. 즉, 실시예 2의 매체의 박막보호막 (50)은 높은 영률을 나타낸다.
도 6은 온도 변화시에 있어서의 휘어짐 각의 변화량 (mrad)과 시간 (hour)과의 관계의 그래프를 나타낸다.
실시예 1과 마찬가지로, 25 ℃에서 70 ℃로 온도가 상승하는 것과 같은 환경 변화를 제공하였다. 이후, 매체의 외주부 (r=24 mm)에 있어서의 휘어짐 각 θ의 변화량 (Δθ)의 경시 변화를 측정함으로써 그래프를 형성하였다.
도 6은 온도가 70 ℃로 상승될 경우, 휘어짐 각의 변화량이 약 +6.5 mrad으로 변화함을, 즉 박막보호막 (50)을 향해 휘어짐을 나타낸다. 그러나, 휘어짐은 도 4에 나타낸 종래의 매체보다 적다는 것을 알 수 있다.
또한, 선 팽창 계수와 영률과의 관계를 설명하는 도 7의 그래프는 휘어짐의 변화량을 5 mrad 이하로 조절하기 위해서 박막보호막 (50)의 두께가 5 내지 20 ㎛인 경우, 박막보호막 (50)의 영률은 적어도 투명 기판의 영률보다 커야하며 2.0×109 (Pa)보다도 크고, 1.0×1010 m (Pa)보다 작은 것이 바람직함을 나타낸다. 더욱 바람직하게는, 박막보호막 (50)의 영률은 3.0×109 (Pa) 내지 6.0×1O9 (Pa)의 범위내이다.
<실시예 3>
실시예 3은 온도 및 습도가 변화하는 환경하에서의 본 발명의 광정보 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로, 온도 변화 및 습도 변화 하에서 매체가 변형된다. 따라서, 박막보호막의 재료는 온도 변화에 따른 선 팽창 계수 및 습도 변화에 따른 습도 팽창 계수를 고려하여 결정될 수 있다.
온도에 따른 기판 등의 변형 파라미터로서 선 팽창 계수를 정의하며, 습도에 따른 기판 등의 변형 파라미터로서 습도 팽창 계수를 정의한다. 즉, 박막보호막의 습도 팽창 계수는 상대 습도 (25 ℃에 있어서의 수증기량/포화 수증기량)의 차가 1％ 상승하였을 때의 박막보호막의 팽창률 (1/％)로 정의된다.
휘어짐 각 θ를 조절하기 위해서 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수를 선택하는데 사용되는 5개의 수학식을 상기하였다. 습도 팽창 계수의 적절한 범위를 선택하는 경우에도 동일한 수학식을 사용할 수 있다. 즉, 상기 수학식 1 내지 5는 각각 선 팽창 계수 αi를 습도 팽창 계수로, 온도 변화량 T를 상대 습도 변화량 (％)으로 대체하면 습도 팽창 계수의 선택에 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 박막보호막 (50)의 영률은 투명 기판의 영률보다도 크며 2.0×109 (Pa)보다 크고, 1.0×1010 (Pa)보다 작은 것이 바람직하다. 영률의 적합한 범위를 고려하면, 습도 팽창 계수는 바람직하게는 투명 기판의 습도 팽창 계수보다 크고, 1.7×10-4 (1/％)보다 작다.
선 팽창 계수, 습도 팽창 계수 및 영률이라는 3개의 변형 파라미터를 고려하면, 다음 관계 (a) 내지 (f)를 모두 만족시키도록 박막보호막 (50)을 선택하는 것이 바람직하다.
(a) 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수 > 투명 기판 (20)의 선 팽창 계수,
(b) 박막보호막 (50)의 습도 팽창 계수 > 투명 기판 (20)의 습도 팽창 계수,
(c) 박막보호막 (50)의 영률 > 투명 기판 (20)의 영률,
(d) 7.0×10-5 < 박막보호막 (50)의 선 팽창 계수 (1/℃) < 5.0×10-4,
(e) 0 < 박막보호막 (50)의 습도 팽창 계수 < 1.7×10-4 (1/％), 및
(f) 2.0×109 < 박막보호막 (50)의 영률 (Pa) < 1.0×1010.
예를 들면, 박막보호막 (50) (UV 경화 수지)은 선 팽창 계수 9.5×10-5 (1/℃), 습도 팽창 계수 1.6×10-5 (1/％) 및 영률 5.4×109 (Pa)을 갖도록 선택된다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 선택된 보호막을 사용한 광정보 기록 매체의 휘어짐 각의 변화량은 25 ℃에서 70 ℃의 온도 변화 및 50 ％에서 90 ％의 상대 습도 변화에 대하여 +0.7 mrad 내지 -1.6 mrad을 나타낸다. 동시에, 투명 기판 (20)의 선 팽창 계수는 6.0×10-5 (1/℃)이고 습도 팽창 계수는 7.0×10-6 (1/％)이고 영률은 2.41×109 (Pa)이다. 투명 기판 (20)의 두께는 0.5 mm이고 보호막의 두께는 16 ㎛이다.
따라서, 이 경우도 상기 실시예와 마찬가지로 매체의 휘어짐이 ±5 mrad의 범위 내에 들어가고, 기록 및 재생에 사실상 문제가 되지 않은 범위 내에서 매체의 휘어짐을 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광정보 기록 매체에는 박막보호막의 선 팽창 계수가 투명 기판의 선 팽창 계수보다 크고 소정의 선 팽창 계수를 갖는 박막보호막이 제공된다. 따라서, 보호막의 막 두께를 약 5 ㎛ 내지 20 ㎛로 얇게 한 경우라도, 매체의 휘어짐은 기록 및 재생에 사실상 악영향을 미치지 않을 정도로 종래의 매체보다 효과적으로 조절되어, 정보의 기록 및 재생의 신뢰성을 향상시킨다.
또한, 박막보호막의 영률이 투명 기판보다도 크고 가능한 큰 범위 내에 속하는 박막보호막이 광정보 기록 매체에 제공되기 때문에, 종래의 매체와 비교하여 매체의 휘어짐이 기록 및 재생에 사실상 악영향을 미치지 않도록 감소되어, 정보의 기록 및 재생의 신뢰성을 향상시킨다.
기판 보호막을 설치하지 않는 경우에는, 온도 변화에 의한 휘어짐을 감소시킬 수 있는 광정보 기록 매체의 제조 비용이 저렴해지고, 정보의 연속적인 기록 및 재생을 통한 매체의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 광정보 기록 매체의 구조를 나타내는 단면 모식도.
도 2는 광정보 기록 매체의 휘어짐을 설명하는 도면.
도 3은 다층 빔 (beam)을 설명하는 도면.
도 4는 종래의 매체의 온도 변화시의 휘어짐 각의 시간 의존성 (낮은 선 팽창 계수) 관계를 설명하는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 매체의 온도 변화시의 휘어짐 각의 시간 의존성 (높은 선 팽창 계수) 관계를 설명하는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 매체의 온도 변화시의 휘어짐 각의 시간 의존성 (높은 영률) 관계를 설명하는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 매체의 선 팽창 계수와 영률의 관계를 설명하는 그래프.
도 8(a) 및 8(b)는 종래의 광정보 기록 매체의 구조를 나타내는 평면도 및 측면도.
도 9는 종래의 광정보 기록 매체의 일례를 나타내는 단면 모식도.
도 10은 종래의 광정보 기록 매체의 다른 예를 나타내는 단면 모식도.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 매체의 구성 요소의 설정치의 설명도.
도 12는 종래의 매체의 구성 요소의 설정치의 설명도.
도 13은 본 발명의 실시예 2에 따른 매체의 구성 요소의 설정치의 설명도.
도 14는 본 발명의 실시예 3에 따른 매체의 온도 변화시의 휘어짐 각의 시간 의존성을 설명하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명>
10: 광정보 기록 매체
20: 투명 기판
30: 기판 보호막
40: 박막층
41: 제1 유전체막
42: 기록막
43: 제2 유전체막
44: 반사막
50: 박막보호막

Claims (22)

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  12. 영률이 10.0 x 109 (Pa) 보다 작은 투명 기판 위에 형성된 단층 또는 다층의 박막층과, 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 갖고, 박막보호막의 선 팽창 계수 또는 영률 중 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다 크고, 또한 박막보호막의 선 팽창 계수의 값이 7.8 x 10-5 (1/℃)보다 크고, 4.65 x 10-4 (1/℃)보다 작고, 상기 박막보호막의 습도 팽창 계수[상대 습도(25 ℃에 있어서의 함유수증기량/포화 수증기량)가 1% 상승하였을 때의 박막보호막의 팽창률(1/%)]가 1.7 x 10-4 (1/%) 이하인 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 박막보호막의 막 두께가 5 ㎛ 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체.
  14. 제12항에 있어서, 상기 박막보호막이 자외선 경화 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체.
  15. 제12항에 있어서, 상기 투명기판의 재료가 폴리카보네이트 또는 폴리올레핀이고, 그 두께가 0.5 ㎜정도인 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체.
  16. 영률이 10.0 x 109 (Pa) 보다 작은 투명 기판과, 투명 기판 상에 형성된 박막층과, 박막층 상에 형성된 수지를 주성분으로 하는 박막보호막을 갖는 광정보 기록 매체에 있어서, 상기 박막층이, 유전체막, 기록막 및 반사막 중의 하나 이상의 층으로 이루어진 단층막 또는 다층막이고, 상기 투명기판이 폴리카보네이트 또는 폴리올레핀으로 이루어지고, 그 두께가 0.5 ㎜인 경우에, 박막보호막의 선 팽창 계수 또는 영률 중 적어도 어느 한쪽이 투명 기판보다 크고, 또한 박막보호막의 선 팽창 계수의 값이 7.8 x 10-5 (1/℃)보다 크고, 4.65 x 10-4 (1/℃)보다 작아지도록, 또한, 상기 박막보호막의 습도 팽창 계수[상대 습도(25 ℃에 있어서의 함유수증기량/포화 수증기량)가 1% 상승하였을 때의 박막보호막의 팽창률(1/%)]가 1.7 x 10-4 (1/%)이하가 되도록, 박막보호막을 선정하는 것을 특징으로 하는 광정보 기록 매체의 박막보호막의 선정방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 박막보호막의 영률의 값이 2.0 x 109 (Pa) 보다 크고, 1.0 x 1010 (Pa) 보다 작아지도록, 박막보호막을 선정하는 광정보 기록 매체의 박막보호막의 선정방법.
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  20. 제12항에 있어서, 상기 박막보호막의 두께가 5㎛ ∼ 20 ㎛이고, 박막보호막의 영률이 2.0 x 109 (Pa) 보다 크고 1.0 x 1010 (Pa)보다 작은 것을 특징으로 하는 광기록매체.
  21. 제16항에 있어서, 상기 박막보호막의 두께가 5㎛ ∼ 20 ㎛이고, 박막보호막의 영률이 2.0 x 109 (Pa) 보다 크고 1.0 x 1010 (Pa)보다 작아지도록, 박막보호막을 선정하는 광정보 기록 매체의 박막보호막의 선정방법.
  22. 제16항, 제17항 또는 제21항에 기재된 선정방법을 사용하여 선정된 박막보호막을 구비하는 광정보 기록 매체.
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