KR100619004B1

KR100619004B1 - 고밀도 광디스크

Info

Publication number: KR100619004B1
Application number: KR1020000039337A
Authority: KR
Inventors: 박인식; 김윤기; 노명도; 이경근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2006-08-31
Also published as: KR20020005324A

Abstract

기록/재생용 광이 입사되는 입사면과, 정보신호가 기록된 기록면을 가지는 제1,2정보기판과; 제1정보기판과 제2정보기판 사이에 마련되는 것으로, 제3기록면및 제4기록면을 구비한 제3정보기판과; 소정 두께를 가지며, 제3정보기판의 양면 각각에 제1 및 제2정보기판을 접합하는 제1,2 스페이스 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크가 개시되어 있다.

이 개시된 고밀도 광디스크는, 고밀도 광디스크 전체의 두께가 1.2mm이고, 제1 및 제2정보기판 각각의 두께를 t라 하며, 제3정보기판의 두께를 t₁이라 하고, 제1,2스페이스 층의 두께를 SL이라 할 때, t, t₁ 및 SL은 입사광의 파장 λ 및 사용되는 대물렌즈의 개구수 NA에 대하여 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<수학식>

2 ×( t + SL ) + t₁= 1.2mm

5 ㎛≤SL ≤55㎛

100㎛≤t₁≤1150㎛

Description

고밀도 광디스크{high density optical disk}

도 1은 종래의 양면 일층 구조의 광디스크를 보인 개략적인 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 광디스크를 보인 개략적인 단면도,

도 3은 제1,2 정보기판의 두께에 대한 제3정보기판의 두께의 변화를 스페이스 층의 두께별로 나타낸 그래프,

도 4는 입사광의 파장에 대해 동일 틸트 마진을 갖는 제1,2정보기판의 두께를 나타낸 도면,

도 5는 스페이스 층의 두께에 대한 제3정보기판의 두께를 개구수 별로 나타낸 도면,

도 6은 입사광의 파장에 대한 제3정보기판의 두께 변화를 개구수별로 나타낸 도면,

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10...제1정보기판 10a...제1입사면

10b...제1기록면 13...제2정보기판

13a...제2입사면 13b...제2기록면

15...제3정보기판 15a...제3기록면

15b...제4기록면 17...제1스페이스 층

20...제2스페이스 층 23,25,27,30...반사면

본 발명은 고밀도 광디스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 임의의 파장과 개구수를 고려하여 3피스 디스크의 두께를 조절한 고밀도 광디스크에 관한 것이다.

일반적으로 광디스크는 비접촉식으로 정보를 기록/재생하는 광픽업장치의 정보 기록매체로 널리 채용되며, 정보기록용량에 따라 컴택트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD)로 구분된다.

상기 CD와 DVD 각각은 상호 호환성과, 정보 기록 밀도를 고려하여 표 1에 나타낸 바와 같이 규격화되어 있다.

	CD	DVD
디스크 직경(mm)	120	120
디스크 두께(mm)	1.2	1.2
정보기판 두께(mm)	1.2	0.6
트랙 피치(㎛)	1.6	0.74
최초 피트 사이즈(㎛)	0.83	0.4
파장(nm)	780	635/650
단일 기판 용량(GB)	0.65	4.7

여기서 디스크 직경과, 디스크 두께는 CD와 DVD의 외형을 나타낸 것으로서, 호환형 디스크 플레이어의 내부 공간, 디스크를 로딩/언로딩하는 디스크 트레이의 규격등을 고려하여 동일한 크기로 설정되었다.

한편, DVD의 정보 기록 용량을 4.7GB 정도로 고용량화 하기 위하여 DVD는 사 용 파장, 트랙피치(트랙과 트랙 사이 간격), 최소 피트 사이즈를 다르게 규격화 하였다. 즉, 광픽업장치의 광원 예컨대, 반도체 레이저에서 출사된 광을 635/650nm 파장영역으로 단파장화함으로써, 디스크에 맺히는 광스폿의 크기를 줄일 수 있으므로트랙피치와, 최소 피트 사이즈를 줄일 수 있다.

또한, CD는 최초 개발 당시 디스크 제작 두께를 1.2mm 이하로 제작하기가 곤란하여 디스크 두께를 1.2mm로 하여 기판 표면에 묻은 이물에 의한 재생신호의 열화를 최소할 수 있도록 하였다.

반면, DVD는 CD의 기판 두께와 같은 두께로 규격화하는 경우, 고밀도화에 따른 디스크 기울기의 허용오차가 작아지므로 정보 기록/재생시 에러가 발생할 우려가 높다. 이러한 점을 고려하여 DVD의 기판 두께는 0.6mm로 규격화되었다.

그런데 디지털 다기능 디스크(이하 DVD라고 함)에 있어서는 최근 정보량의 비약적인 증가와 더불어 정보 기록 매체로서 고밀도화 및 대용량화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

광디스크의 기록 밀도를 증가시키는 일반적인 방법은 기록 재생에 사용하는 레이저 빔의 스폿 직경을 작게 하는 것이다. 레이저 스폿 직경(r)은 사용하는 레이저 빔의 파장( λ)이 작을수록 그리고 대물렌즈의 개구수(NA)가 클수록 작아진다. 즉, 다음 수학식 1의 관계식으로 나타낼 수 있다.

따라서 광디스크의 고밀도화를 해결하기 위해 재생빔의 단파장화 및 대물렌 즈의 고개구수화가 추구된다. 이에 레이저 빔은 600nm의 적색 레이저에서부터 400nm의 청색 레이저까지 사용 가능하게 되었고, 대물렌즈의 개구수는 0.5∼1.5 범위까지 가능하게 되었다.

그런데 기록 밀도 증가를 위한 고개구수화 또는 단파장화에는 일정한 한계가 있다. 그것은 기록 신호를 재생하는 경우 재생 신호의 열화(W₃₁)가 개구수(NA)의 3승에 비례하고 레이저 빔의 파장(λ)에 반비례하여 나빠지고 디스크의 두께(d)에 비례하여 나빠지기 때문이다. 이를 식으로 나타내면 수학식 2와 같다.

상기 수학식 2에서 알 수 있듯이 개구수NA를 증가시키고 파장을 짧게 하면 빔 스폿의 직경은 작아지는 대신 수차가 현저하게 증대되어 기록 신호 특성을 열화시키는 상쇄 작용을 하므로 고밀도화를 위해 고개구수화 또는 단파장화하는 데에는 한계가 있다. 따라서 고개구수화 또는 단파장화를 통해 기록 밀도를 증가시키기 위해서는 이에 수반되는 수차 문제를 해소하지 않으면 안된다.

따라서 디스크의 기록 밀도를 증가시키면서 동시에 수차도 줄이기 위해서는 기판 두께를 얇게 하는 것이 요구된다. 이 때문에 DVD는 도 1에 도시한 바와 같이, CD와의 호환을 위해 기판 전체 두께(D)는 기존의 CD와 같이 1.2mm로 유지하되 0.6mm 기판 2장을 합치는 양면 2층 구조로 되어 있다. 예컨대, DVD-ROM 2층 디스크가 있다. 이 디스크는 제1 및 제2정보기판(100)(105)과, 이 제1,2정보기판(100)(105) 각각의 기록면(100a)(105a)에 코팅 형성된 제1,2 반사층(110)(115)과, 상기 제1,2반사층(110)(115) 사이에 마련되어 상기 제1,2정보기판(100)(105)을 접합하는 스페이스 층(120)을 포함하여 전체의 디스크 두께가 1.2mm로 규정되어 있다.

또한 0.6mm 기판 외에도 근래에는 고밀도화의 요구에 따라 기판의 두께가 0.3mm 또는 0.4mm인 얇은 기판을 2장 또는 3장으로 구성하여 2피스(piece) 또는 3피스 구조의 디스크를 만들고 있다.

그런데 상기 2층 디스크와 같은 조건에서 3매의 기판을 이용하여 기존의 본딩 과정없이 1.2mm 두께를 맞추기 위해서는 스페이스 층을 고려할 경우 기판의 두께가 0.4mm보다 작아져야 한다. 단순히 동일 틸트마진을 얻기 위한 기판의 두께 결정은 동일 파장에 대해서도 NA에 따라 기판의 두께가 달라진다. 따라서, 정보 기판의 두께를 d라 할 때, 상기 수학식 1의 관계에 의해 임의의 파장 λ와 개구수 NA에 따라 다음과 같은 관계가 성립한다.

상기 수학식 3에서 정보기판 두께 d를 파장 400nm에서 구하면, NA 0.6에서는 0.37㎛이고 NA 0.65에서는 0.29㎛가 되기 때문에 동일 두께의 3피스(piece) 구조에서 전체 두께가 노멀값(nomal value) 1.2mm가 되지 않는 경우가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 임의의 파장과 개구수에서도 광디스크 전체 두께 1.2mm를 만족하도록 정보기판 및 스페이스 층 두께가 최적화된 고밀도 광디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고밀도 광디스크는, 기록/재생용 광이 입사되는 제1입사면과, 정보신호가 기록된 제1기록면을 가지는 제1정보기판과; 기록/재생용 광이 입사되는 제2입사면과, 정보신호가 기록된 제2기록면을 가지거나 정보신호가 기록되지 않는 제2정보기판과; 상기 제1정보기판과 제2정보기판 사이에 마련되는 것으로, 상기 제1정보기판을 투과한 광에 의해 재생되는 정보신호가 기록된 제3기록면을 가지거나 정보기록면이 배제되고, 상기 제2정보기판을 투과한 광에 의해 재생되는 정보신호가 기록된 제4기록면을 가지거나 정보기록면이 배제된 제3정보기판과; 소정 두께를 가지며, 상기 제3정보기판의 양면 각각에 상기 제1 및 제2정보기판을 접합하는 제1,2 스페이스 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크에 있어서, 전체의 두께가 1.2mm이고, 상기 제1,제2정보기판 각각의 두께를 t라 하고, 상기 제3정보기판의 두께를 t₁이라 하고, 상기 제1,2스페이스 층의 두께를 SL이라 할 때, 상기 t, t₁및 SL은 입사광의 파장 λ 및 사용되는 대물렌즈의 개구수 NA에 대하여 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<수학식>

2 ×( t + SL ) + t₁= 1.2mm

5 ㎛≤SL ≤55㎛

100㎛≤t₁≤1150㎛

본 발명에 따른 고밀도 광디스크는 도 2를 참조하면, 정보의 기록 밀도를 높이기 위해 3피스로 구성된다. 그리고 정보 기록면이 모두 4면으로 이루어져 있고, 스페이스 층이 2층으로 마련된다. 즉, 정보 기판은 제1기판(10), 제2기판(13) 및 제3기판(15)으로 이루어져 있고, 상기 제1기판(10)과 제3기판(15) 사이에 제1스페이스 층(17)이, 제2기판(13)과 상기 제3기판(15) 사이에 제2스페이스 층(20)이 마련되어 있다.

상기 제1정보기판(10)은 기록/재생용 광(L)이 입사되는 제1입사면(10a)과, 정보신호가 기록된 제1기록면(10b)을 가진다. 상기 제1기록면(10b)에는 입사광의 일부를 반사시키고, 나머지는 상기 제3정보기판(15)쪽으로 투과시키는 제1반사층(23)이 형성된다. 여기서, 재생 전용으로 이용되는 경우는, 상기 제1기록면(10b)은 다른 구성의 추가없이, 상기 제1정보기판(10) 그 자체의 재질에 소망하는 물리적인 피트를 형성하는 것으로서 그 형성이 완료된다. 한편, 상변화방식을 이용하여 기록과 재생이 가능한 구조를 형성하고자 하는 경우는, 상기 제1기록면(10b)과 상기 제1반사층(23) 사이에 ZnS-SiO₂ 재질로 된 유전체막, GeSbTe계 또는 AgInSbTe계 재질로 된 기록막, 유전체막이 순서대로 적층 형성된다. 이와 같은 상변화막의 구성 그 자체는 널리 알려져 있으므로 그 자세한 설명 및 도면을 생략한다.

상기 제1반사층(23)은 반투명막으로, 은(Ag), AgPdCu 계로 된 Ag 얼로이, SiC, AlN, Au 얼로이 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1반사층(23)은 상기 제1기록면(10b)에 기록된 정보를 재생하는데 요구되는 반사율인 대략 28%을 얻을 수 있도록 선택된 재질에 따라 두께를 다르게 설정한다. 예를 들어, AgPdCu 재질을 선택한 경우는 대략 20nm의 두께로 설정하고, Al 반사막은 대략 60nm 두께로 설정함으로써 대략 28%의 반사율을 얻을 수 있다.

상기 제2정보기판(13)은 기록/재생용 광(L)이 입사되는 제2입사면(13a)과, 정보신호가 기록된 제2기록면(13b)을 가진다. 제2기록면(13b)에는 입사광의 일부를 반사시키는 제2반사층(25)이 형성된다.

이 제2정보기판(13)은 상기 제1정보기판(10)과 마찬가지로, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 비정질 폴리올레핀(APO) 및 글래스 재질 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 구성된다. 이 제2정보기판(13)에 대한 정보의 기록/재생에 있어서, 재생 전용으로 이용되는 경우의 구성과 기록과 재생 모두 가능하도록 하는 경우의 구성은 제1정보기판(10)을 참고로 설명한 바와 실질적으로 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다. 또한, 상기 제2반사층(25)은 반투명막으로, 앞서 설명된 제1반사층(23)의 재질과 실질적으로 동일한 재질로 구성된다.

여기서, 상기 제1 및/또는 제2정보기판(10)(13)은 정보가 기록되지 않은 더미기판일 수 있음은 물론이다. 이 경우 상기 제1 및/또는 제2반사층(23)(25)은 배 제된다.

상기 제3정보기판(15)은 상기 제1반사층(23)과 제2반사층(25) 사이에 접합 형성되는 것으로, 상기 제1반사층(23)을 투과한 광에 의해 정보신호가 기록/재생되는 제3기록면(15a)과, 상기 제2반사층(25)을 투과한 광에 의해 정보신호가 기록/재생되는 제4기록면(15b)을 갖는다. 이 제3정보기판(15)은 상기 제1정보기판(10)과 마찬가지로, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 비정질 폴리올레핀(APO) 및 글래스 재질 중에서 선택된 어느 하나의 재질로 구성된다. 상기 제3기록면(15a)에는 제3반사층(27)이 형성되고, 상기 제4기록면(15b)에는 제4반사층(30)이 형성된다. 상기 제3 및 제4반사층(27)(30)은 전반사막으로 Al 얼로이, Ag 얼로이 등의 재질로 구성된다.

여기서, 상기 제3정보기판(15)이 재생전용으로 이용되는 경우는 상기한 제3 및 제4기록면(15a)(15b)에 대해 물리적인 피트를 형성하는 것 자체로 그 구성이 완료된다. 반면, 상기 제3정보기판(15)의 적어도 일 기록면에 대해 기록과 재생이 가능하도록 하기 위해서는 상기 제3반사층(27) 및/또는 제4반사층(30) 상에 상변화막의 성막이 요구된다. 즉, 상기 제3반사층(27) 및/또는 제4반사층(30) 상에 유전체막, 기록막, 유전체막 순서로 적층함으로써 상변화막을 형성할 수 있다.

또한, 상기 제3정보기판(15)은 일면에 정보기록이 배제되거나 양면에 모두 정보기록이 배제된 더미기판일 수 있다.

여기에서 상기 제1 내지 제4 기록면(10b)(13b)(15a)(15b) 각각은 정보를 기록 및/또는 재생이 가능하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 고밀도 광디스크는 이 광디스크를 기록 매체로 채용하는 광픽업에 채용된 광원의 파장 λ와 대물렌즈의 개구수 NA에 대하여 고밀도 광디스크의 규격인 전체 두께 tt가 1.2mm를 만족하도록 상기 제1,제2정보기판(10)(13)의 두께 t 및 제3 정보기판(15)의 두께 t₁를 설정하여야 한다. 여기서 상기 전체 두께 1.2mm를 결정하는 요소로는 상기 제1,2정보기판(10)(13)의 두께 t와 상기 제1,2스페이스 층(17)(20)의 두께 SL이 있고 다음 조건식을 얻는다.

a ×( t + SL ) + t₁= 1.2 [mm]

상기 수학식 4에서 a=1인 경우에는 2피스 구조이고, a=2인 경우에는 3피스 구조를 나타낸다. 여기서는 3피스 구조에 대해서만 설명하기로 한다. 3피스 구조에서는 제1,2기판(10)(13)의 두께 t를 하기의 수학식에 의해 구할 수 있다.

상기 식에 의해 스페이스 층 두께 SL의 범위를 통상적으로 사용되는 범위인 5∼55㎛에서 t와 t1의 관계를 살펴보면, 도 3과 같이 나타난다. 여기서 보면, 제1,2 정보기판(10)(13)의 두께 t가 두꺼워질수록 제3정보기판(15)의 두께 t₁은 얇아짐을 알 수 있다.

또한 도 4를 참조하면, 파장λ에 대한 제1,2정보기판(10)(13)의 두께 t를 개구수 NA에 따라 도시한 것이다. 여기서 파장λ가 400nm일 때 동일한 틸트 마진을 얻기 위해서는 제1,2 정보기판(10)(13)의 두께 t가 개구수NA에 따라 달라진다. 첫째, 개구수NA가 0.6일 때 t가 0.37mm이고, 둘 째, 개구수 NA가 0.9일 때 t가 0.11mm이다. 이에 상기 제1,2정보기판(10)(13)의 두께 t에 대해 스페이스 층을 고려하여 상기 제3정보기판(15)의 두께 t₁를 개구수 NA에 따라 계산한 결과를 도 5에 도시하였다. 이 결과에 의하면 특정 NA에서 스페이스 층 두께 SL에 대해 t₁의 변화량은 작은 편이지만 NA에 대해서는 t₁이 크게 달라짐을 알 수 있다.

이러한 관계를 좀더 일반화하기 위해 전체 디스크 두께 1.2mm, 3피스 디스크 구조에서, 파장λ대한 제3정보기판(15)의 두께 t₁의 변화를 도 6에 도시하였다. 이 때의 t값은 도 4에 도시된 것과 같고, 상기 제1,2스페이스 층(17)(20)의 두께 SL의 범위 및 개구수 NA의 범위는 다음과 같다.

5 ≤SL ≤55[㎛]

0.5 ≤NA ≤1.0

그래프에서 실선은 제1,2스페이스 층(17,20)이 5㎛일 때이고, +로 표시된 것은 제1,2스페이스 층이 55㎛일 때를 각각 나타낸다.

예컨대, 파장이 400nm, NA가 0.6인 경우 도 3에서 제1,2정보기판(10)(13)의 두께 t가 0.37mm임을 알 수 있고, 도 6에서 제 3정보기판(15)의 두께 t1이 0.35∼0.45mm 범위 내에 해당됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 고밀도 광디스크는 주어진 사용파장 λ, 개구수 NA에 대하여, 스페이스 층의 두께 SL 변화에 따른 정보기판의 두께t,t₁를 최적화로 설정하여 광디스크 전체 두께가 소망하는 두께가 되도록 할 수 있다는 이점이 있다.

Claims

기록/재생용 광이 입사되는 제1입사면과, 정보신호가 기록된 제1기록면을 가지거나 정보기록면이 배제된 제1정보기판과;

기록/재생용 광이 입사되는 제2입사면과, 정보신호가 기록된 제2기록면을 가지거나 정보기록면이 배제된 제2정보기판과;

상기 제1정보기판과 제2정보기판 사이에 마련되는 것으로, 상기 제1정보기판을 투과한 광에 의해 재생되는 정보신호가 기록된 제3기록면을 가지거나 정보기록면이 배제되고, 상기 제2정보기판을 투과한 광에 의해 재생되는 정보신호가 기록된 제4기록면을 가지거나 정보기록면이 배제된 제3정보기판과;

소정 두께를 가지며, 상기 제3정보기판의 양면 각각에 상기 제1 및 제2정보기판을 접합하는 제1,2 스페이스 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크에 있어서,

전체의 두께가 1.2mm이고, 상기 제1,제2정보기판 각각의 두께를 t라 하고, 제3정보기판의 두께를 t₁이라 하고, 상기 스페이스 층의 두께를 SL이라 할 때,

상기 t,t₁및 SL은 입사광의 파장 λ 및 사용되는 대물렌즈의 개구수 NA에 대하여 하기의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크.

<수학식>

2 ×( t + SL ) + t₁= 1.2mm

5 ㎛≤SL ≤55㎛

100㎛≤t₁≤1150㎛
상기 제 1항에 있어서, 입사광의 파장λ와 대물렌즈의 개구수 NA가 다음 조건식을 만족하는 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크.

380nm ≤λ ≤450nm

0.55 ≤NA ≤1.20
상기 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 기록면 각각은,

기록 및/또는 재생이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 고밀도 광디스크.