KR100561382B1 - 광디스크 기판 - Google Patents

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KR100561382B1
KR100561382B1 KR1019990010272A KR19990010272A KR100561382B1 KR 100561382 B1 KR100561382 B1 KR 100561382B1 KR 1019990010272 A KR1019990010272 A KR 1019990010272A KR 19990010272 A KR19990010272 A KR 19990010272A KR 100561382 B1 KR100561382 B1 KR 100561382B1
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윤두섭
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Abstract

그루브 깊이가 사용하는 광픽업장치에 사용되는 레이저 파장의 1/4n 내지 1/2n(n: 기판의 굴절률) 사이의 값은 갖는 딥 그루브형 광디스크 기판이 개시되어 있다.
이 개시된 광디스크 기판은 경사각 θ로 경사진 그루브 벽을 가지며, 소정 깊이로 인입 형성된 다수의 딥 그루브와; 기판 표면 높이로 형성된 다수의 랜드를; 포함하여 랜드와 그루브 모두에 기록 가능하도록 되어 있으며,
크로스토크가 최소가 되도록 규격화된 그루브의 깊이 D는 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 1>
Figure 111999002634061-pat00001
여기서,
Figure 111999002634061-pat00002
,
Figure 111999002634061-pat00003
이다.

Description

광디스크 기판{Substrate of optical disk}
도 1은 일반적인 랜드/그루브 기록방식의 광디스크 기판을 보인 부분 단면도.
도 2는 4.7기가바이트 DVD-RAM 조건에서의 그루브 깊이에 따른 푸시풀(PPR), 분할 푸시풀(DPP : Divided Push-Pull), 온 트랙비(OTR : On Track Ratio) 측정값을 나타낸 그래프.
도 3은 광픽업장치의 대물렌즈 개구수 NA가 0.6이고, 그루브 벽 경사각 θ가 60°, 80°인 경우의 그루브 깊이에 따른 크로스토크 및 푸시풀 신호를 나타낸 그래프.
도 4는 트랙피치 0.26㎛, 0.30㎛, 0.34㎛, 0.40㎛ 각각에서 경사각θ가 60°와 80°인 경우, 규격화된 그루브 깊이 D의 변화에 따른 크로스토크를 나타낸 그래프.
도 5는 개구수 0.60, 0.63, 0.65, 0.65 각각에서 규격화된 그루브 깊이 D의 변화에 따른 크로스토크를 나타낸 그래프.
도 6은 쉘로우 그루브 구조에 대한 오실로스코프를 통해 측정한 지터특성을 나타낸 파형도.
도 7은 본 발명에 따른딥 그루브 구조의 광디스크 기판에 대한 오실로스코프 를 통해 측정한 지터특성을 나타낸 파형도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1...기판 3...그루브 5...랜드
TP...트랙피치 θ...그루브 벽 경사각
본 발명은 랜드 및 그루브가 형성된 광디스크 기판에 관한 것으로, 상세하게는 그루브 깊이가 광픽업에 사용되는 레이저 파장의 1/4n 내지 1/2n(n: 기판의 굴절률) 사이의 값은 갖는 딥 그루브형 광디스크 기판에 관한 것이다.
일반적으로, 광디스크는 비접촉식으로 정보의 기록/재생을 수행하는 디스크 플레이어의 정보 기록매체로 채용된다.
제한된 기록영역 내에 기록밀도를 높이기 위하여, 랜드와 그루브 각각에 정보를 기록할 수 있도록 된 구조의 광디스크 기판이 제안된 바 있다.
도 1은 일반적인 랜드/그루브 기록방식의 광디스크 기판을 보인 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 광디스크의 기판(1)은 내주에서 외주쪽으로 형성되며 나선구조로 상호 연결된 다수의 트랙 각각에는 소정 깊이로 인입된 다수의 그루브(3)와, 광디스크의 표면 높이의 다수의 랜드(5)가 형성되어 있다.
특히, 물리적인 랜드와 그루브 사이의 넓이비를 확보하기 위하여, 2.6기가바이트 DVD-RAM 포맷북에서는 랜드와 그루브 사이의 폭방향 넓이비가 대략 50:50의 비율을 가진다. 이와 같이 구성된 랜드/그루브 기록의 장점으로는 랜드와 그루브의 높이 차에 의해 인접 트랙으로부터 발상되는 잡음인 크로스 토크를 줄일 수 있어서, 랜드와 그루브 모두에 기록함으로 기록밀도를 높일 수 있다는 점과, 푸시풀(Push-pull) 신호를 발생시키는 광학적 트랙피치가 데이터 트랙피치의 1/2로 푸시풀 신호가 랜드와 그루브 중 어느 한 쪽에만 기록하는 방식보다 상대적으로 큰 푸시풀 신호를 얻을 수 있다는 점을 들 수 있다.
한편, 상기한 구조를 갖는 광디스크의 경우 기록밀도를 향상시키기 위하여 트랙피치(TP)를 보다 줄여야 한다. 이 경우 기록 재생 특성을 유지하기 위해서는 기록 레이저 빔 크기도 같이 작아져야 한다. DVD 광디스크의 새로운 포맷으로는 15 기가바이트 이상의 기록용량이 필요한데, 이를 달성하기 위해서는 표 1에 도시된 바와 같이 기록 빔 크기에 대한 상대적인 트랙피치가 작아지게 되어 인접 트랙의 신호가 지워지는 크로스소거(Cross Erase) 현상이 발생되어, 기록밀도를 높이는데 제약이 된다.
2.6GB DVD-RAM 4.7GB DVD-RAM 15GB HD-DVD 18GB HD-DVD
레이저 파장(nm) 650 650 400 400
개구수 NA 0.6 0.6 0.6 0.65
트랙피치(㎛) 0.74 0.615 0.34 0.30
트랙피치/빔크기 0.68 0.57 0.51 0.49
여기서, 크로스소거의 원인으로는 조사되는 기록 빔에 의한 인접 트랙에서의 열흡수와 기록시 고온의 열이 인접 트랙으로 전달되는 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 광디스크의 열전달은 주로 기록막을 통해 이루어지므로, 인접 트랙 사이의 거리를 멀게하면 열전달에 의한 온도 상승을 줄일 수 있다.
이와 같은 점을 착안하여 제안된 것으로 딥 그루브(Deep Groove) 방식의 광디스크가 있다. 이 제안된 딥 그루브 광디스크 기판은 그루브 깊이를 통상적인 광디스크의 그루브 깊이(Gd)를 λ/6n (여기서, λ는 광픽업용 레이저의 파장, n은 광디스크의 굴절률) 근처에서 보다 더 깊게 하여, 열전도 거리를 길게 함으로써, 크로스소거와 크로스토크를 동시에 억제할 수 있도록 되어 있다.
하지만, 그루브 깊이를 깊게하면 일정한 깊이 영역에서는 트래킹 신호인 푸시풀 신호의 위상이 역전되는 문제점이 있다.
도 2는 4.7기가바이트 DVD-RAM 조건에서의 그루브 깊이에 따른 푸시풀(PPR), 분할 푸시풀(DPP : Divided Push-Pull), 온 트랙비(OTR : On Track Ratio) 측정값을 나타낸 그래프이다.
상기한 푸시풀 신호의 위상이 역전되다는 의미는 도 1을 참조하여 설명된 통상의 그루브에서는 랜드를 트래킹하는 조건의 딥 그루브에서는 그루브를 트래킹하는 조건이 된 것이다. 이는 실제 드라이브에서는 혼용이 불가능한 조건으로, 도 1을 참조하여 설명된 DVD-RAM 포맷에서는 푸시풀 신호의 위상을 같게 하기 위해 그루브 깊이를 λ/4n 이하로 규정하였다.
또한, 상기한 크로스토크 및 푸시풀신호는 그루브 벽 경사각 θ(도 1 참조)에 영향을 받는다. 여기서, 그루브 벽 경사각 θ은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판의 단면에서 랜드 또는 그루브의 연장선과 그루브 벽의 연장선이 이루는 각을 의미한다. 여기서, 그루브 벽의 곡면은 점선으로 나타낸 바와 같이 사다리꼴로 가정하여 각도를 정의한다.
도 3은 광픽업장치의 대물렌즈 개구수 NA가 0.6이고, 그루브 벽 경사각 θ가 60°, 80°인 경우의 그루브 깊이에 따른 크로스토크 및 푸시풀 신호를 나타낸 그래프이다. 즉, A, B 각각은 그루브 경사각 θ가 60°와 80°인 경우 각각에 대한 그루브 깊이에 따른 크로스토크신호를 나타낸 것이다. 그리고, C, D 각각은 그루브 경사각 θ가 60°와 80°인 경우 각각에 대한 그루브 깊이에 따른 푸시풀 신호를 나타낸 것이다.
여기서, 그루브 깊이는 입사광의 파장 및 기판의 굴절률을 감안하여 규격화(normalization)한 값이다. 도면에서 푸시풀 신호가 0이 되는 지점을 광학적으로 그루브 깊이가 λ/4n이 되는 지점이다. 한편, 도시된 바와 같이 동일 레이저 파장에서 물리적 깊이가 같더라도 경사각 θ에 따라 광학적 깊이가 달라지게 된다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이 푸시풀 신호는 그루브 깊이 λ/4n을 중심으로 반전한다. 그리고, 딥 그루브에서의 푸시풀 신호는 경사각 θ에 따라 변화한다.
도면을 살펴보면, 그루브 깊이가 얕은 부분에서는 그루브 벽 경사각 θ의 변환에 따른 푸시풀 신호와 크로스토크 특성의 변화량이 작아 그루브 깊이만으로 푸시풀 신호와 크로스토크 특성을 모두 표현할 수 있다.
하지만, 그루브 깊이가 깊은 부분에서는 그루브 벽 경사각 θ를 60°로 한 경우와 80°로 한 경우에 있어서, 푸시풀 신호와 크로스토크 특성의 변화량이 커지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로서, 그루브 깊이 가 파장의 1/4n 이상인 딥 그루브 구조에 있어서 크로스토크와 크로스소거 특성이 우수하도록 구조가 개선된 광디스크를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 경사각 θ로 경사진 그루브 벽을 가지며, 소정 깊이로 인입 형성된 다수의 딥 그루브와; 기판 표면 높이로 형성된 다수의 랜드를; 포함하여 상기 랜드와 그루브 모두에 기록 가능하도록 된 광디스크 기판에 있어서,
크로스토크가 최소가 되도록 규격화된 그루브의 깊이 D는 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<수학식 1>
Figure 111999002634061-pat00004
여기서,
Figure 111999002634061-pat00005
Figure 111999002634061-pat00006
TP : 트랙피치
NA : 개구수
Figure 111999002634061-pat00007
: 랜드 또는 그루브의 연장선과 그루브 벽의 연장선이 이루는 각
λ: 사용되는 광픽업용 레이저 광의 파장
n : 기판의 굴절률이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광디스크 기판의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 광디스크 기판은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 소정 깊이로 인입 형성된 다수의 딥 그루브와, 기판 표면 높이로 형성된 다수의 랜드를 포함하여 구성된다. 상기 딥 그루브는 경사각 θ로 경사진 그루브 벽을 가진다.
본 발명은 이와 같이 구성된 광디스크 기판의 그루브 깊이 및, 경사각 θ를 실험 결과를 바탕으로 도출된 수학식 및 조건식으로 한정함으로써, 그루브 깊이가 λ/4n 이상인 딥 그루브 구조에서 크로스토크 및 크로스소거 특성이 우수하면서 트래킹 특성이 양호하도록 한 것에 특징이 있다.
도 4는 트랙피치 0.26㎛, 0.30㎛, 0.34㎛, 0.40㎛ 각각에서 경사각θ가 60°와 80°인 경우, 규격화된 그루브 깊이 D의 변화에 따른 크로스토크를 나타낸 그래프이다. 여기서, 실험에 사용된 레이저 파장은 410 nm이고, 개구수 NA는 0.65이다.
도 5는 개구수 0.60, 0.63, 0.65, 0.65 각각에서 규격화된 그루브 깊이 D의 변화에 따른 크로스토크를 나타낸 그래프이다. 여기서, 실험에 사용된 레이저 파장은 410nm, 트랙피치(TP) 0.34㎛, 경사각 θ 70°이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 광디스크 기판의 중요 조건은 인접 트랙에 의해 발생되는 크로스토크를 감소시키는 것으로, 크로스토크에 영향을 주는 인자로는 그루브 깊이, 그루브 경사각, 트랙피치, 개구수 등이 있음을 알 수 있다. 이들에 의해 영향을 정성적으로 표현하면 다음과 같다.
그루브 깊이 D는 크로스토크에 가장 영향을 많이 미치는 인자로 얕은 그루브와 깊은 그루브 두 영역에서 각각 상쇄효과가 가장 좋은 점에 존재한다. 트랙피치(TP)는 작아질수록 크로스토크 최소점이 얕은 두께로 이동하며, 그루브 경사각 θ는 각도가 커짐에 따라 크로스토크 최소점이 얕은 두께로 이동한다. 개구수 NA는 커짐에 따라 크로스토크 최소점이 깊은 두께로 이동하는 경향이 있고, 크로스토크 최소점의 그루브 깊이 마진이 넓어진다.
상기한 그루브 깊이, 트랙피치, 경사각 및, 개구수의 정성적인 관계를 수식화하면 다음과 같다. 즉, 딥 그루브 영역에서 NA를 0.6 내지 0.67, TP를 0.26㎛ 내지 0.40㎛, 경사각 θ를 50° 내지 88°의 범위에서 각각 변화시킨 계산 결과를 바탕으로하여 크로스토크 최소점의 그루브 깊이를 수학식 1과 같이 수식화하였다.
Figure 111999002634061-pat00008
여기서,
Figure 111999002634061-pat00009
Figure 111999002634061-pat00010
Figure 111999002634061-pat00011
: 랜드 또는 그루브의 연장선과 그루브 벽의 연장선이 이루는 각이다.
상기한 바와 같이 계산 결과에 의해 산출된 값으로 절대 기준을 설정하는데 한계가 있으므로, 상기한 수학식 1을 만족시키는 그루브 깊이 D를 기준으로 푸시풀 신호가 역전되지 않는 유효 그루브 깊이 Deff로 선정하는 것이 바람직하다. 즉, 푸시풀 신호가 0이 되는 그루브 깊이와 크로스토크 최소점의 차이가 제일 작은 조건이 대략 15nm(규격화된 값으로 바꾸어 표현하면 대략 0.0844임)이므로 크로스토크 최소점 ±0.0844 ㆍNA(15nm) 영역을 딥 그루브에서 크로스토크를 상쇄시키는 영역으로 정의할 수 있다. 따라서, 유효 그루브 깊이 Deff 는 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 111999002634061-pat00012
상기 그루브 경사각 θ 및 트랙피치 TP의 범위는 다음과 같이 결정된다.
우선, 본 발명과 같은 광디스크 기판에 있어서 트랙피치의 하한값은 이론상 랜드 또는 그루브의 기록면이 기록마크의 폭 이상이면 된다. 그러므로, 트랙피치의 하한값은 그루브 경사각 θ에 따라 변화한다.
이를 감안하여, 최소 기록마크 폭에 따른 트랙피치와 그루브 경사각 θ의 조합은 수학식 3의 조건을 만족해야한다.
Figure 111999002634061-pat00013
여기서, Wm은 최소 기록마크의 폭이다.
상기 그루브 구조의 또 다른 제약 조건으로는 크로스토크 최소 깊이를 들 수 있다. 여기서, 크로스토크의 최소점은 트랙피치와 그루브 경사각 θ에 의해 영향을 받는데, 크로스토크의 최소점이 일정한 깊이 이상이 되면 푸시풀 신호가 작아져 트래킹이 안된다. 즉, 그루브 깊이가 135nm 이상에서는 푸시풀 신호가 0.2 이하로 떨어지기 때문에 상기한 수학식 2의 마진을 고려하여 크로스토크 최소점의 깊이를 120nm로 한정하는 것이 바람직하다. 즉, 수학식 4의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 111999002634061-pat00014
즉, 그루브 경사각 θ는 상기한 수학식 3 및 수학식 4의 조건을 모두 만족하는 범위내에서 결정되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 그루브 경사각 θ의 상한값은 90°이상이 될 수 없고, 트랙피치 TP의 상한값은 기록광학계의 광학적 한계에 의해 결정된다. 즉, 기록용량, 광픽업 조건, 코드 조건 등에 의해 결정된다. 이를 식으로 표현하면 수학식 5와 같다.
Figure 111999002634061-pat00015
여기서, 광디스크 상의 기록 가능한 면적은
Figure 111999002634061-pat00016
이고,
최소 바이트 길이는
Figure 111999002634061-pat00017
이며,
필요 데이터 량은
Figure 111999002634061-pat00018
을 의미한다.
그리고, Ro는 광디스크의 기록가능한 면적중 외측 반경이며, Ri는 내측 반경이다. 또한, m은 최소마크당 채널 비트수이고, k는 바이트당 채널 비트수이다.
4.7기가바이트 DVD-RAM 규격에 제시된 섹터구조(2697 바이트/섹타), 기록 반경 24100㎛ ~ 57500㎛, 3%의 스페어 공간을 기준으로 할 때, 상기한 수학식 4에 따 른 계산에 의하면, 15기가바이트를 저장하기 위해서는 최대 0.473㎛까지 트랙피치를 넓히는 것이 가능하다. 이 계산 결과는 파장 400nm, 개구수 0.6을 갖는 광픽업을 사용한 경우에 대한 것이다.
그리고, 파장 400n, 개구수 0.65의 광픽업을 사용한 경우, 18기가바이트를 저장하기 위해서는 최대 0.427㎛까지 트랙피치를 넓히는 것이 가능하다
도 6 및 도 7 오실로스코프를 통해 측정한 지터특성을 나타낸 파형도로서, 도 6은 기존 구조인 얕은 깊이를 갖는 그루브 구조에 대한 것이고, 도 7은 그루브 경사각 80°을 갖는 딥 그루브 구조에 대한 것이다.
표 2에 나타낸 바와 같이 동일 그루브 경사각에 대해서는 쉘로우(shallow) 그루브와, 딥(deep) 그루브에서 지터특성이 비슷하게 측정됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 딥 그루브를 갖는 광디스크 기판에 있어서, 딥 그루브에 의한 푸시풀 신호의 반전에 따른 4.7기가바이트 DVD-RAM과의 호환성 문제는 헤더피트의 위치를 바꾸어 줌으로써 해결할 수 있다.
쉘로우 그루브 딥 그루브
λ/6n, 60° λ/6n, 80° λ/3n, 80°
지터(이퀄리제이션 후) 12.92 % 11.97 % 11.69 %
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 광디스크는 수학식 1 내지 4에 나타낸 바와 같이, 그루브 깊이 및 그루브 경사각을 한정함으로써, 15기가바이트 내지 18기가바이트 용량의 광디스크 구현시 최대 트랙피치를 대략 0.42㎛ 이상으로 넓히는 것이 가능하다. 또한, 딥 그루브 구조에서 크로스토크 및 크로스소거 특성 및 트래킹 특성이 양호하도록 한다.

Claims (3)

  1. 경사각 θ로 경사진 그루브 벽을 가지며, 소정 깊이로 인입 형성된 다수의 딥 그루브와;
    기판 표면 높이로 형성된 다수의 랜드를; 포함하여 상기 랜드와 그루브 모두에 기록 가능하도록 된 광디스크 기판에 있어서,
    크로스토크가 최소가 되도록 규격화된 그루브의 깊이 D는 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 광디스크 기판.
    <수학식 1>
    Figure 111999002634061-pat00019
    여기서,
    Figure 111999002634061-pat00020
    Figure 111999002634061-pat00021
    TP : 트랙피치
    NA : 개구수
    Figure 111999002634061-pat00022
    : 랜드 또는 그루브의 연장선과 그루브 벽의 연장선이 이루는 각
    λ: 사용되는 광픽업용 레이저 광의 파장
    n : 기판의 굴절률이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 딥 그루브 각각의 유효 그루브 깊이 Deff는 다음 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 광디스크의 기판.
    <수학식 2>
    Figure 112006004736976-pat00023
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경사각 θ은 다음 조건식 1 및 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 광디스크 기판.
    <조건식 1>
    Figure 111999002634061-pat00024
    여기서, Wm은 최소 기록마크의 폭임
    <조건식 2>
    Figure 111999002634061-pat00025
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