KR100691197B1 - 광학 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

고기록 밀도를 달성하기 위해 단파장 광을 사용하여, 광학 픽업 또는 구동장치에 관하여 상변화 기록매체와의 완전한 호환성을 실현할 수 있는 고밀도 광학기록 매체를 제공한다. 본 발명은 상변조 방법을 사용함이 없이 반사율의 변화를 직접 판독하기 위한 광학 기록매체 구성을 제공한다.
본 발명에 따른 광학기록 매체는, 기판 상에 단일층 또는 복수층 구조의 기록막을 갖는 광학기록 매체로서, (1) 상기 기록막은 주로 유기물질로 만들어지고, (2) 레이저 빔을 흡수하여 분해(decompose)하고 굴절율 변화를 생성하고 아울러, 380nm 내지 450nm 파장의 재생 레이저 빔에 관하여 광학기록 매체의 반사율이 분해 전엔 15% 내지 25%이고 분해 후엔 0% 내지 10%인 광학기록 매체이다.
기판, 유기안료층, 유전층, 광전달층, 안내홈, 광 렌즈 시스템, 레이저 빔, 랜드, 홈, 굴절율, 반사율, 전달율, 흡수 계수, 복소 굴절율, 실수부분, 허수부분, 분해

Description

광학 기록 매체{Optical recording medium}
도 1은 본 발명에 따른 광학 기록 매체의 실시예의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 유기안료층(유기물질층) 두께에 관한 반사율과 굴절율의 의존성을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 유기안료층(유기물질층) 두께에 관한 반사율과 굴절율의 의존성을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 유기안료층(유기물질층) 두께에 관한 반사율과 굴절율의 의존성을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 유기안료층(유기물질층) 두께에 관한 반사율과 굴절율의 의존성을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 굴절율 n과 파장에 관하여 유기안료층(유기물질층)의 흡수계수 k의 의존성을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 굴절율 n과 유기안료층(유기물질층)의 흡수계수 k간 관계를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 광학기록 매체의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 광학기록 매체의 온도분포를 나 타낸 그래프.
도 10은 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 광학기록 매체의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 11은 Ag의 반사율 및 전달율과 두께간 관계를 나타낸 그래프.
도 12는 Cu의 반사율 및 전달율과 두께간 관계를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 유기안료층(유기물질층)의 굴절율 n과 흡수계수 k간 관계를 나타낸 그래프.
도 14는 본 발명 설명을 위해 제공된 것으로 유기안료층(유기물질층)의 굴절율 n과 흡수계수 k간 관계를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 기판 2 ; 유기안료층
3 ; 유전층 4 ; 광전달층
5 ; 안내홈 10 ; 광 렌즈 시스템
L ; 레이저 빔
본 발명은 광학 기록 매체에 관한 것으로서, 특히, 고밀도 광학 기록 매체에 관한 것이다.
CD-R(기록가능 컴팩트 디스크) 등으로서 유기안료를 사용한 1회 기록(write- once) 디스크가 표준화 되었으며 이들은 이미 광범위하게 사용되어 오고 있다.
유기안료의 개발에서, 이를테면 광학 특성, 및 열특성과 같은 각종의 특징이 최적화되어야 한다.
이들 중에서, 예를 들면, CD-R 및 DVD-R(기록가능한 디지털 다기능 디스크)의 경우 광학특성에 관하여, 이들 각각은 CD 및 DVD의 읽기 전용 디스크의 표준에 부합되게 제작될 필요가 있기 때문에, 이들은 광원의 파장에 관하여 CD-R에선 70% 이상의 굴절율과, DVD-R에선 60% 이상이 되도록 설계되어야 한다. 그러므로, 이것은 고굴절율의 금속 반사막을 제공하고 복소 굴절율(흡수계수 k)의 허수부분이 낮은 유기물질을 사용함으로써 실현된다. 또한, 충분한 변조도를 갖기 위해서, 판독 전의 복소 굴절율(굴절율 nb)의 실수부분은 높을 필요가 있다.
또한, 흡수계수 k에 관하여, 또 다른 이유가 있다. 즉, 유기안료의 열 도전율은, 일반적으로, 광자기 디스크의 기록물질보다 극히 낮은 약 0.2J/m.s.K이다. 그러므로, 기록시 온도가 쉽게 높아질 수 있고, 이에 따라 가능한 한 낮은 흡수계수 k가 제공되어야 한다(일본특허 출원공개 (JP-A) 제7-272314호 공보와 일본특허 출원공개 (JP-A) 제7-282465호의 공보 참조).
위에서 언급한 바와 같이, CD, 및 DVD와 같은 ROM(읽기 전용 메모리)의 표준에 일치하는 매체가 종래에 개발되어 있다. 대조적으로, CD-RW(재기록가능한 CD)를 포함하는 상변화 물질과 같은 재기록가능 매체의 반사율이 실질적으로 ROM과 같을 수 없는 상황을 고려하여, 기본적인 표준으로서 차세대 고밀도 광디스크에 대한 표준에는 저반사율이 포함된다.
저반사율의 유기안료 디스크를 실현하기 위해서, 전술한 종래의 구성에선 문제가 있다.
즉, 반사율은 반사막을 갖는 구성에선 저수준으로 거의 유지될 수 없고, 반사율이 낮을 때, 다중간섭 등을 이용하여 광의 흡수비가 극히 높아져 열 문제를 발생한다.
이것은 부분적으로는, 반사막에 의한 열 분산이 유기안료 물질의 낮은 열 도전율로 인하여 불충분하기 때문이다.
이에 대처하는 매체 구성으로서, 충분한 변조도를 보장하기 위해 반사막을 사용함이 없이 상변화 광학기록 매체와 동일한 반사율을 실현하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 일본특허 출원 공개 (JP-A) 제6-76359호를 참조).
최근에, 보다 짧은 파장의 광원을 향한 개발로, 청색 바이올렛 반도체 레이저(380nm 내지 450nm 파장)가 실제적으로 사용된다. 단파장 레이저의 사용으로, 매우 고밀도의 광학기록 매체가 달성될 수 있다.
그러나, 유기안료를 사용한 종래의 광학기록 매체는 이러한 단파장 광원에 대처할 수 없다. 더욱이, 레이저의 단파장에 의한 미세 레이저 빔 스폿에 기인한 스폿에 높은 에너지 밀도, 및 광학 시스템의 높은 개구율(high numerical aperture; high N.A.)을 견뎌내기가 어려운 문제가 포함된다.
즉, 예를 들면, 0.8 이상의 N.A.의 광학 시스템에 의한 광학기록 및/또는 광학 재생용 픽업(이하 간단히 광학 픽업이라 함)의 상용화로(예를 들어, 케이. 오사토(K. Osato) 등의 광 데이터 저장장치의 다이제스트(Digest of Optical Data Storage)(콜로라도, 아스펜, 1998)의 131 페이지, 등을 참조), 보다 높은 에너지 밀도에 대한 대책이 요구되고 있다.
더욱이, CD-R의 기록영역은 단지 홈에만 제공된다. 이 경우, 홈의 폭은 랜드 폭보다 좁게 설정되어야 한다. 홈에 관한 레이저 빔 조사는 랜드 부분으로도 향한다. CD-R에서, 언급한 바와 같이, 랜드 및 홈 모두로부터 동시에 반사를 검출함으로써, 상 변조 방법에 의해 이들 각각으로부터 반사된 광의 상 변위로부터 발생되는 간섭효과를 이용하여 효과적인 반사율의 변화, 즉, 기록된 정보를 판독하도록, CD-R의 반사율은 높게, 즉, 기록의 존재에 관계없이 60% 이상으로 설정된다. 그러므로, CD-R에서, 랜드와 홈 모두에 기록하기 위한 소위 랜드 홈 기록모드는 채택될 수 없다.
또한, 한편으로, 고밀도는 정보 보유층에 복수층을 제공함으로써 실현될 수 있다. (케이. 쿠로카와(K. Kurokawa) 등의 광 메모리/광 데이터 저장장치에 대한 국제 심포지움의 다이제스트(Digest of International Symposium on Optical Memory/Optical Data Storage)(하와이, 콜로아 1999)의 197 페이지 참조).
이를 실현하기 위해서, 각 층의 반사율을 저수준으로 유지하고 동시에 전달율을 높게 하는 것이 필요하다. 그러나, 무기물질로 만들어진 재기록가능한 형태의 광디스크의 기록층은 일반적으로 높은 흡수계수와 낮은 전달율을 갖기 때문에, 3개 이상의 층을 포함하는 복수층을 실현하기가 곤란하였다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제를 해결하기 위한 광학 기록 매체를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 높은 기록밀도를 달성하기 위해 단파장 광을 사용하여, 광학 픽업 또는 구동 디바이스에 관하여 상변화 기록매체와의 완벽한 호환성을 실현할 수 있는 고밀도 광학 기록 매체에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은 랜드와 홈 모두에 기록할 수 있는 소위 랜드 홈 기록모드를 채택할 수 있게 함으로써 보다 높은 고밀도 기록매체를 실현하는 것이다.
또한, 본 발명에 따라, 종래의 유기안료 디스크처럼 반사막이 사용되지 않기 때문에, 반사율이 유지될 수 있을 뿐만 아니라 높은 전달율이 동시에 얻어질 수 있어 복수층을 제공함으로써 보다 높은 고밀도가 실현될 수 있다.
즉, 본 발명은 상변조 방법을 사용함이 없이 반사율의 변화를 직접 판독하는 광학기록 매체 구성을 제공한다.
본 발명에 따른 광학 기록 매체는 기판 상에 단일층 또는 복수층 구조의 기록막이 구비된 광학 기록 매체로서, 상기 기록막은 주로 유기물질로 만들어지고 레이저 빔을 흡수한 후에 분해(decompose)되어 굴절율이 변화되며, 380nm 내지 450nm의 파장을 갖는 재생 레이저 빔에 관하여 상기 광학기록 매체의 반사율은 분해 전엔 15% 내지 25%이고 분해 후엔 0% 내지 10%인 광학기록 매체이다.
즉, 본 발명에 따른 광학 기록 매체는 전술한 바와 같은 상변조 방법을 사용함이 없이 반사율의 변화를 직접 판독한다.
본 발명에 따른 광학 기록 매체는 언급한 바와 같이 상변조 방법을 사용함이 없이 반사율의 변화를 직접 판독하는 광학 기록 매체 구성을 제공한다. 도 1의 개략적인 단면도로 도시한 바와 같이, 기본 구조는 기판(1) 상에, 레이저 빔을 흡수하여 분해(decompose)하여 굴절율 변화를 발생하며, 아울러 380nm 내지 450nm 파장의 재생 레이저 빔에 관하여 광학 기록매체로서 반사율은 분해 전엔 15% 내지 25%이고 분해 후엔 0% 내지 10%인 유기물질로 주로 만들어지는 단층 또는 복수층 구조의 기록막, 구체적으로, 유기안료층을 포함한다.
또한, 광 전달층(4)은 그것의 표면 상에 형성된다. 레이저 빔(L)은 기록막, 즉 유기물질층을 기록 또는 재생하기 위해서 광학렌즈, 즉 대물렌즈를 통해 광 전달층(4)측으로부터 출력된다.
광 전달층은 10㎛ 내지 177㎛를 갖는다.
기판(1)은 안내홈(5)이 형성된 구성을 가질 수 있다.
또한, 기록영역이 각각 랜드 및 홈에 형성되는 소위 랜드 홈 기록 모드가 채택될 수 있다. 또한 이 경우에, 재생 레이저 빔에 관한 각각의 기록영역에서의 반사율은 분해 전엔 15% 내지 25%이고, 분해 후엔 0% 내지 10%이다.
기록막을 제공하는 유기물질로서, 기록 레이저 빔에 관하여 1.8≤nb≤4.0의 기록전 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 nb)을 갖는 물질이 선택될 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 어떤 경우에, 유기물질은 재생 레이저 빔에 관하여 0.5≤nb≤1.2의 기록전 복수 굴절율의 실수부분 nb을 가질 수 있다.
또한, 분해에 의한 기록 후에 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 na) 및 기록전의 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 nb)은 유기물질에서 재생 레이저 빔 파장에 관하여 0.16≤|na -nb |/nb ≤0.62로 설정된다.
또한, 분해에 의한 기록 전 복소 굴절율의 허수부분(흡수계수 k)은 전술한 재생 레이저 빔 파장에 관하여 0.01≤k≤0.1일 수 있고, 두께 d는 유기 물질에서 50nm≤d≤250nm일 수 있다.
또한, 분해에 의한 기록 전 복소 굴절율의 허수부분(흡수계수 k)은 전술한 재생 레이저 빔 파장에 관하여 0.01≤k≤0.2일 수 있고, 두께 d는 유기 물질에서 10nm≤d≤50nm일 수 있다.
유기물질층은 유기물질층들 사이에 광전달층을 개재하여, 적어도 2층 이상의 층으로 제공될 수 있다.
또한 5nm≤D≤20nm막 두께 D의 금속층은 유기물질층에 인접하여 제공될 수 있다.
본 발명을 설명한다.
[제1 실시예]
개략적인 단면도를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 광학 기록 매체는 레이저 빔 조사에 의해 발생된 반사광의 광량 변화에 의해, 광학 기록 매체 상에 기록된 정보신호를 재생하는 광디스크 구성을 갖는다.
광 디스크는 유기안료층(2), 유전층(3), 및 기판(1) 상에 연속하여 기록막을 포함하는 유기물질층들로 만들어진 광전달층(4)을 형성함으로써 제공된다.
기록 및 재생에서 광디스크 상에 레이저 빔 조사는 전면측으로부터, 즉, 광 전달층(4)측으로부터 조사에 의해 실행된다.
이 예에서, 광학 기록 매체의 경사 허용오차, 즉 소위 스큐 마진 SM은 레이저 빔의 단파장, 및 높은 N.A.에 의해 작아진다. 이를 보상하기 위해서, 기록 매체 표면 상에 형성된 얇은 투명층으로부터 레이저 빔 조사를 실행하는 소위 표면 판독형 모드가 채택된다.
즉, 레이저 빔 조사측에 투명부재의 두께, 즉 광전달층 두께가 t라는 전체에서, 스큐 마진 SM은 Sm ∝ λ/N.A.3/t, 또는 t는 파장 λ가 짧고 N.A.가 클 때 작은 값으로 설정되어야 한다. 따라서, 두께가 두꺼운 기판(1)측으로부터의 레이저 빔 조사에 대해 전면 조사(front surface irradiation)가 채택된다.
기판(1)은 예를 들면 대량 생산을 고려하여 사출성형 등에 의해 형성된 폴리카보네이트(PC) 기판을 포함한다. 랜드(5L) 및 홈(5G)은 이의 표푠 상에 기판 형성과 동시에 형성된다. 또한, 이 경우, 랜드(5L) 및 홈(G)의 폭은 랜드(5L) 및 홈(5G) 모두에 바람직하고 안정하게 기록하기 위해 최적으로 형성된다.
이 예에서, 광디스크에 관한 조사 레이저 빔의 파장 λ는 광학렌즈 시스템(10)의 0.85 개구율 N.A.을 가진 광학 시스템이 사용되는 경우의 405nm이다. 이하 설명에서, 물질의 반사율은 λ가 405nm인 경우에 대한 것이다.
이러한 광학 시스템에서, 위에 언급된 스큐 마진을 보장하기 위해서, 광전달층(4)의 두께 t는 이미 보고된 바와 같이 이를테면 10㎛ 내지 177㎛로 충분히 작은 수준으로 설정된다. 이 예에서는 100㎛로 설정된다.
광전달층(4)은 예를 들면, 자외선 경화 수지로, 또는 PC 시트 부착에 의해 만들어진다.
유전층(3)은 예를 들면 광전달층(4)에 자외선 경화수지의 용해를 차단하는 효과를 제공할 수 있는 100nm 두께의 SiO2층으로 만들어진다. 유전층(3)은 예를 들면 자외선 경화수지의 광전달층(4)과 거의 동일한 반사율을 갖기 때문에, 광전달층(4) 및 유전층(3)은 단일층으로서 광학적으로 간주될 수 있다.
유전층(3)은 또한 예를 들면 MgF로 만들어진 투명한 물질층을 포함할 수 있다.
유기물질층의 유기안료층(2)을 형성하는 방법으로서, 예를 들면, 스핀 코트 방법, 및 피착방법이 제공될 수 있다. 전술한 바와 같이, 위에 언급한 랜드 및 홈 모두에 기록영역을 형성하는 모드를 채택하는 경우에, 랜드와 홈 모두에 균일한 두께로 막을 형성할 수 있는 피착방법을 채택하는 것이 바람직하다.
그러나, 스핀 코트 방법이 사용될 때, 랜드 및 홈의 이들 기록영역의 폭, 홈 깊이, 스핀 코트 조건을 최적화함으로써 랜드와 홈 모두로부터 동일한 진폭의 신호들이 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 광학기록 매체는 상변조 방법을 사용함이 없이 반사율의 변화로서 직접 판독된다. 광학기록 매체는 반사율 변조방법에서 유기물질층의 유기안료 물질의 사용에 관한 논문에 의해 실현되었다.
즉, 유기물질(유기안료 물질)은 예를 들면 400nm파장의 레이저 빔에 관하여 반사율이 기록 전엔 20%이고 기록 후엔 약 0%로 변하는 유기물질이다.
또한, 본 발명에서, 이 특성은 종래의 광학기록 매체에서 사용되는 반사막을 채택함으로써가 아니라, 유기안료 물질의 광학특성을 최적화함으로써 실현된다. 본 발명의 특징은 여기에 있다.
그럼으로써, 상변화형 기록매체에 관한 완벽한 호환성이 실현될 수 있다.
다음에, 유기물질 재료의 광학특성, 즉 이러한 조건에 부합되는 유기안료 물질을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 유기안료 물질층의 막두께 d를 횡방향 축으로 도시하고, 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 n)을 수직축으로 도시하여, 3차원으로 반사율 R의 변화를 도시한 것이다. 이 경우에, 복소 굴절율의 허수부분(흡광(extinction)계수(흡수계수) k)은 0.05로 설정된다. 도 2에서, 이러한 막 구성에서 굴절율을 20%에서 5%로 변경시키기 위해서, 막 두께 d가 예를 들면 120nm일 때, n=2.6에서 n=2.1로 변하는 굴절율을 갖는 것이 사용된다.
0≤k ≤0.1의 범위에 있을 때 흡광계수에 차이가 관측되지 않음이 확인되었다.
도 2에서 알 수 있듯이, 이 경우에 20% 반사율을 얻기 위해서, 굴절율은 2.5 이상이어야 한다. 또한, 이 조건을 만족하는 굴절율에 대한 상한은 없다. 보다 큰 굴절율이 쉽게 사용될 수 있다. 그러나, 실제로는, 400nm 근처의 파장에서 큰 굴절율을 갖는 유기안료 물질을 찾아내기란 쉽지 않으므로 물질선택 자유도가 극히 작다.
또한, 굴절율이 높을 때, 도 3에 도시한 바와 같이, 유기안료 물질막 두께에 관한 반사율의 마진이 좁다. 예를 들면, n=5.0이면, 막두께가 5nm만큼만 변경될 때만 20%만큼 반사율이 변하는 영역이 있다. 마진을 어느 정도 보장하기 위해서, n ≤4.0인 것이 바람직하다.
고굴절율에서의 마진의 감소는 다음 실시예에서 유사하게 관측될 수 있다.
[제2 실시예]
이 실시예에선, 유기안료층과 광전달층 사이에 MgF(불화마그네슘)막이 형성된다.
MgF의 굴절율 n은 n=1.38이다. 이 층에 다중간섭을 이용함으로써, 반사율 조건은 낮은 유기물질 굴절율로 만족될 수 있다.
도 4는 80nm MgF 두께의 경우를 도시한 것이다.
이 도면에 도시한 바와 같이, 유기안료 물질막 두께 d가 d=130nm일 때, n=2.3에서 n=1.8로 변하는 굴절율을 가진 것이 사용된다.
따라서, 기판(PC 기판에서 n=1.5)보다 낮은 굴절율 n을 갖는 물질을 사용함으로써, 굴절율의 선택폭이 넓어질 수 있다. 또한 이 실시예에서, 유사하게, 굴절율이 높을 때 반사율 조건을 만족하는 해결책이 존재한다.
제1 및 제2 실시예에서, 기판의 굴절율보다 높은 유기안료 물질의 굴절율 n을 갖는 물질이 사용된다. 이러한 물질의 예로서, 트리페닐 아민 유도체가 사용될 수 있다.
[제3 실시예]
이 실시예에서, 은(Ag) 박막들 사이에 개재되도록 유기안료층이 형성된다. λ=405nm의 레이저 빔 파장의 경우에, Ag의 굴절율은 0.173이며, 흡광계수는 1.95이다. 이들 층들에 의한 다중간섭을 이용함으로써, 다중간섭 효과는 제2 실시예보다 현저하게 얻어질 수 있으므로 반사율 조건은 낮은 굴절율로 만족될 수 있다.
도 4b는 기판측에 12nm Ag 막 두께와 광입사측에 10nm Ag 막 두께를 갖는 경우를 도시한 것이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 유기안료막 두께가 80nm인 경우에, 굴절율을 20%에서 5%로 변경하기 위해서, n=1.8에서 n=1.55로 변하는 굴절율을 가진 것이 사용된다. 이 실시예에서, Ag막 두께에 관한 마진이 좁아져도, 대조적으로, 작은 굴절율 변화로 높은 변조도를 얻는 잇점이 제공될 수 있다. 따라서, 다중간섭을 적극 이용함으로써, 낮은 안료 굴절율의 경우도 취급될 수 있다.
이 경우, 통상의 CD-R에서 사용되는 시아닌 물질에 대해서, 단파장 광에 관해 고굴절율을 실현하기는 어렵다.
도 5는 전형적인 시아닌 기반 물질의 광학정수의 파장 분산을 도시한 것이다. 이의 특성은 흡수 피크를 보이는 파장에서의 굴절율 변화이다. 통상, 피크에 관하여 보다 큰 파장측의 조사광이 사용된다. 단파장에 대처하기 위해서, 분자구조는 보다 작게 해야하는데, 그러나, 이에 대해 한계가 있기 때문에, 400nm에서 전술한 굴절율을 실현하기는 어렵다.
대조적으로, 본 스펙트럼에서, 도 5에 도시한 바와 같이, 굴절율은 400nm 근처에서 1.5 미만이다.
다음에, 본 발명에 따른 광학기록 매체가 시아닌 기반의 유기안료 물질을 포 함하는 경우를 설명한다.
[제4 실시예]
이 실시예가 제1 실시예와 동일한 구조를 가질지라도, 유기안료 물질로서, 굴절율이 1.5미만의 시아닌 기반 안료, 1-부틸(butyl)-2-[5-(-부틸(butyl)-3, 3-디메틸 벤젠인돌린(dimethyl benz[e]indoline)-2-이리덴(iridene))-1,3-펜타디에닐(pentadienyl)]-3, 3-디메틸(dimethyl)-1H-벤젠이돌리움 과염소산(benz[e]indorium perchlorate)이 사용된다. 이의 광학특성은 도 2에 도시한 바와 같다. 유기안료 물질 막 두께 d가 d=100nm일 때, 20%에서 5%로의 반사율 변화를 얻기 위해서, n=0.9에서 n=1.2로 변하는 유기안료 물질이 사용된다. 그러나, 낮은 굴절율의 이러한 유기안료 물질은 선택 자유도 면에서 낮다.
그러면 다중간섭 효과에 의한 구성이 적용될 것이다. 다음에, 이 경우의 실시예를 설명한다.
[제5 실시예]
이 실시예에서, 기판의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖는 광전달층이 광간섭 효과에 의해 제3 실시예의 물질 내 유기안료층의 개선을 위해 이에 인접하여 배치된다.
고굴절율의 물질로서, Si3N4(n=2.0)이 사용된다. 간섭효과를 최대화하기 위해서, 막 두께는 150nm로 설정된다. 결국, 도 6에 도시한 바와 같이, 도 2의 경우보다 큰 반사율이 1.5에 가까운 굴절율에서 실현될 수 있다.
구체적으로, d=80nm로서 유기안료 물질의 막 두께로, n=1.2에서 n=1.6으로 변하는 유기안료 물질이 20%에서 5%로 반사율의 변화를 얻기 위해 사용된다.
전술한 제1 내지 제4 실시예에서, 기록 후 복소 굴절율의 실수부분(na)과 기록 전 복소 굴절율의 실수부분(nb)의 차 Δ=|na -nb |의 비, 즉 |na -nb |/nb는 모든 경우에 0.16 이상이다.
또한, 최대 반사율 변화는 기록 후 굴절율(na)의 1.5에의 접근에 의해 얻어질 수 있기 때문에, 0.62 미만의 Δn/nb는 굴절율 nb=4.0을 갖는 물질에 대해 굴절율 변화에 충분하다. 즉, 굴절율 변화 0.16 ≤Δn/nb ≤0.62을 만족하는 것이 반사율 변화 조건을 만족한다.
다음에, 열 관점에서 복소 굴절율의 허수부분(흡수계수)을 최적화하는 실시예를 설명한다.
[제6 실시예]
이 실시예는 흡수계수 k가 0.05 및 0.1으로 한 경우이다. 열 특성을 얻기 위해서 열 계산을 수행한다. 이 때 사용될 물리적인 값으로서, 실험으로부터 얻어진 것들이 사용된다. 실험에 따른 계산 알고리즘이 사용된다(와이. 사비(Y. Sabi) 등의, ISOM/ODS의 기술적 다이제스트(Technical Digest of ISOM/ODS). 1999, 카우아이, 234 페이지). 유기안료의 열 전도비는 기판과 동일하며, 0.193 J/m.s.K이다.
레이저 빔 파장 λ=405nm, 대물렌즈 개구율 N.A.=0.85, 초점 선속도 v=2.0m/s, 및 재생 레이저 빔 파워 Pr=0.3mW을 갖는 재생 광학 시스템이 사용된다.
재생 레이저 빔 파워 Pr로서, 유사한 광학 시스템에서의 전형적인 재생 파워값이 사용된다. 사실, 이보다 낮은 세기는 잡음성분이 커지게 되므로 실제적이지 못하다.
유기안료 물질의 굴절율은 n=2.7이며, 막 두께는 d=100nm이다. 그럼으로써, 반사율은 약 20%로 설정된다.
열에 대해서, 층의 표면에 수직한 단면, 즉 두께 방향 z에서 유기안료 물질층 내 분포가 구해진다. 결과는 도 7 및 도 8에 도시되었다. 도 7은 흡수계수 k가 0.05인 경우를 도시한 것이고, 도 8은 흡수계수 k가 0.1인 경우를 도시한 것이다. 이들 도면에서 알 수 있듯이, 흡수계수 k가 0.05 이상이면, 쉽게 100℃를 초과하지만, 통상의 유기안료 물질의 열 분해 레이트가 약 200℃임을 고려하여, 재생시 온도는 200℃ 미만인 것이 바람직하다.
그러나, 흡수계수 k가 0.1이면 재생시 이미 200℃에 도달하기 때문에, 실제 사용에서 흡수계수 k는 0.1 미만인 것이 바람직하다.
대조적으로, 전혀 흡수가 없는 경우에, 재생시 도달되는 온도에 관해 어떠한 문제가 연루되지 않으나, 정보를 기록할 때도 온도는 상승되지 않으므로, 기록이 불가능하게 되거나 극히 큰 기록 파워가 필요하게 되는 문제가 발생한다. 0.05 및 0.1의 흡수계수 k의 예에 의해 보인바와 같이, 열 및 흡수계수 k가 이 영역에서 비례관계에 있다면, 기록이 되게 하기 위해서, k≥0.01이 바람직하다.
또한, 기록막으로서 최대 막 두께는 초점깊이가 큰 N.A.를 갖는 광학 시스템에서 짧기 때문에 약 250nm인 것이 바람직하다.
다음에, 유기물질층으로서 유기안료 층의 막 두께가 얇은 경우를 살펴본다.
[제7 실시예]
막 두께는 50nm로 설정되고, k=0.1이다. 결과는 도 9에 도시되었다. 이에 따라, 기판 내에서 열 분산 레이트가 이 경우처럼 막이 얇은 경우에 충분히 크기 때문에, 도달되는 온도는 약 반으로 낮아진다. 그러므로, k=0.2인 경우에도, 온도가 제어될 수 있다. 그러나 막 두께를 실현하기 위해서, 막은 스핀 코트에 의한 것보다는 피착에 의해 형성된다. 피착에 의해 제공된 기록막으로서 기능하는 막의 두께는 약 10nm만큼 얇을 수 있다. 막 두께 범위에서, 온도는 0.01≤k≤0.2의 경우에도 제어될 수 있다.
다음은 전달율에 대한 것이다.
본 발명에 따른 광학기록 매체는 기본적으로 유기안료 층만을 포함한다. 이의 전달율은 높다. 예를 들면, 제5 실시예에서 d=100nm, n=2.7, k=0.05인 경우, 전달율은 19% 반사율에 관하여 67%이다. 그러므로, 이러한 광학기록 매체, 예를 들면, 디스크는 각각이 기록을 수행하기 위한 기록막으로서 예를 들면 광전달층에 의해 적층되는 2층 이상의 유기물질층(유기안료층)을 갖는 복수층 기록구조로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 유기안료층을 갖는 2층구조의 경우에, 광입사측 상의 제1 유기안료층에 대한 재생과 제1 유기안료층을 통해 전달되는 레이저에 의해 제2 유기안료층에 대한 재생은 초점위치를 변경함으로써 수행될 수 있다. 또한, 제2 유기안료층으로부터 20%반사율을 얻도록 설계될 수 있다.
전술한 실시예에서, 입사광 에너지로부터 19% 반사광과 67% 전달광 이외의 나머지 12% 광은 유기안료층에 의해 흡수된다. 그럼으로써, 온도는 100℃에 도달한다. 즉, 원하는 도달된 온도를 얻기 위해서, 유기막에 의한 흡수는 약 12%이어야 한다. 그러나, 종래의 광디스크에서 사용된 Al 또는 Ag로 만들어진 반사막은, 반사율이 다중반사 효과에 의해 20%로 억제되고 광에너지 흡수가 80%인 경우에도 반사막으로서 사용된다. 또한 유기안료막의 낮은 열 도전율의 영향에 의해, 온도는 매우 상승된다. 그러므로, 이러한 시스템에서, 반사막이 사용될 수 없다.
또한, 광학적인 견지에서, 파장이 400nm일 때 낮은 반사율을 갖는 금속막이 사용되더라도(Cu, Au, 등), 반사율은 20%일 수 없다.
[제8 실시예]
전술한 제1 내지 제4 실시예에서, 기록 후 복소 굴절율의 실수부분(na)과 기록 전 복소 굴절율의 실수부분(nb)의 차 Δ=|na -nb |, 즉 |na -nb |/nb는 모든 경우에 0.16 이상이다.
또한, 최대 반사율 변화가 기록 후 굴절율(na)의 1.5에의 접근에 의해 얻어질 수 있기 때문에, 0.62 미만의 Δn/nb는 굴절율 nb=4.0을 갖는 물질에 대해 굴절율 변화에 충분하다. 즉, 굴절율 변화 0.16 ≤Δn/nb ≤0.62을 만족하는 것이 반사율 변화 조건을 만족한다.
따라서, 얇은 금속막이 보조적으로 사용되는 경우에, 금속막으로부터 반사율이 금속의 종류에 크게 의존하지 않기 때문에, 예를 들면, 반사율이 약 20%이면, 약 20nm 막 두께 D를 갖는 금속막이 사용될 수 있다. Cu를 여기 실시예로서 나타나 있을지라도, 또 다른 금속이 사용될 때에도 동일한 효과를 기대할 수 있다. Cu의 막 두께가 20nm 및 10nm일 때 유기물질층(유기안료 층)의 반사율을 도 12 및 도 13에 각각 도시하였다.
금속막이 20nm인 경우, 금속층의 반사율만이 20%를 초과하기 때문에, 기록 전 반사율이 되는 15%를 초과하는 넓은 영역이 제공될 수 있지만, 그러나, 대조적으로, 기록 후에 반사율이 되는 0 내지 10%를 만족하는 범위는 작다. 그러나, 분해 전, 즉 기록 전의 15% 내지 25% 반사율, 및 분해 후 즉 기록후의 0% 내지 10% 반사율을 갖는 상기 언급된 영역이 이 구성에서 실제로 존재함을 알 수 있다.
즉, 광학조건이 만족되기 때문에, 열 최적화를 겨냥하여, 금속막이 사용될 수 있다.
Cu 막 두께가 20nm보다 두꺼운 경우에, 0 내지 10% 반사율을 만족하는 영역이 좁아지므로 광학 마진이 얻어질 수 없고, 따라서 비현실적이다. 더욱이, 금속막의 반사율이 높은 경우에, 언급한 바와 같이 열 상승의 문제가 발생된다. 즉, 입사광량의 12%가 유기안료층에 흡수되는 경우에, 온도는 100℃로 상승되는데, 그러나, 금속막으로부터의 반사가 예를 들면 25%이고 단순히 유기안료에 흡수된다면, 온도는 그에 3배인 300℃로 상승된다(실온이 오프셋 온도인 경우).
실제로, 높은 열 도전율의 금속에 인접하여 유기안료를 배치함으로써 광학 다중간섭 효과 및 열 분산효과 때문에, 온도특성은 여러 가지 파라미터에 따라 변경될 수 있다. 일반적으로, 금속막 두께가 20nm 이상이면, 너무 높은 반사율로부터 오는 온도 상승에 기인한 손상이 심하다.
금속막 두께 D가 10nm로 얇은 경우에, 광학적으로 금속막으로부터의 반사효과는 작으므로 도 13에 도시한 k와 같이, 기록 후의 반사율 조건을 만족하는 영역이 더 증가되어 막 설계 자유도가 넓어진다. 더욱이, 금속 열 도전율은 유기안료보다 충분히 높기 때문에, 열적으로 잇점이 있으며 따라서 더 바람직하다.
금속막 두께 D가 5nm 미만인 경우, 금속 열 도전율은 극히 낮아지므로 열 효과가 제거되고, 더욱이, 반사효과가 광학적으로 견지에서 제거되므로 금속막을 5nm 이상의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 바로부터 명백하듯이, 본 발명의 구성에 따른 광학기록 매체는 이의 구조 및 명세에 의해 단파장 레이저 빔을 채택할 수 있기 때문에, 고밀도 기록이 수행될 수 있고, 더욱이, 상변화 기록매체에 관하여 완벽한 호환성이 반사율의 감소에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 광학기록 매체는 전술한 실시예로 한정되지 않으며, 말할 나위 없이, 본 발명의 구성으로부터 이탈함이 없이 여러 가지 구성 및 수정이 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학기록 매체에 따라, 단파장(380nm 내 지 450nm) 레이저 빔을 사용한 고밀도 광기록이 실현될 수 있을 뿐만 아니라 상변화 물질에 관한 완벽한 호환성이 얻어질 수 있으므로, 우수한 편익을 가진 광학기록 매체가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라, 랜드-홈 기록이 실행될 수 있으므로, 고밀도 등, 실사용에 큰 잇점이 있는 효과가 제공될 수 있다.
첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였으나, 본 발명은 전술한 실시예로 한정되지 않고, 첨부한 청구범위에 정한 본 발명의 정신 또는 범위에서 이탈함이 없이 이 기술에 숙련된 자에 의해 여러 가지 변경 및 수정이 행해질 수 있음을 알 것이다.

Claims (10)

  1. 주로 유기물질로 구성되고, 레이저 빔을 흡수한 후에 분해(decompose)되어 굴절율 변화를 갖는 기록막을 기판 상에 갖는 광학 기록 매체에 있어서,
    380nm 내지 450nm의 파장을 갖는 재생 레이저 빔에 대한 상기 광학 기록 매체의 반사율이 분해 전에는 15% 내지 25%이고, 분해 후에는 0% 내지 10%인, 광학 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기록막 및 광전달층이 상기 기판 상에 연속하여 형성되고, 상기 광전달층은 10㎛ 내지 177㎛의 두께를 갖는, 광학 기록 매체.
  3. 제1항에 있어서, 랜드(land) 및 홈(groove)이 상기 기판 상에 형성되고, 상기 랜드 및 홈은 기록영역으로서 각각 제공되는, 광학 기록 매체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기물질의 기록 전의 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 nb)은 상기 재생 레이저 빔에 대하여 1.8 ≤nb ≤4.0인, 광학 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유기물질의 분해에 의한 기록 전의 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 nb)은 상기 재생 레이저 빔에 대하여 0.5 ≤nb ≤1.2인 것을 특징으로 하는, 광학 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유기물질의 분해에 의한 기록 후의 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 na)과 기록 전의 복소 굴절율의 실수부분(굴절율 nb)은 상기 재생 레이저 빔 파장에 대하여 0.16 ≤|na-nb|/nb≤0.62으로 설정되는, 광학 기록 매체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유기물질의 분해에 의한 기록 전의 복소 굴절율의 허수부분(흡수계수 k)은 상기 재생 레이저 빔 파장에 대하여 0.01 ≤k ≤0.1이고, 두께 d는 50nm≤d ≤250nm인, 광학 기록 매체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유기물질의 분해에 의한 기록 전의 복소 굴절율의 허수부분(흡수계수 k)은 상기 재생 레이저 빔에 대하여 0.01 ≤k ≤0.2이고, 두께 d는 10nm≤d ≤50nm인, 광학 기록 매체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유기 물질층은 적어도 2개 이상의 층들로 제공되고, 상기 유기물질 층들 사이에 광전달층이 제공되는, 광학 기록 매체.
  10. 제1항에 있어서, 5nm≤D ≤20nm의 막 두께 D의 금속층이 상기 유기물질층에 인접하여 제공되는, 광학 기록 매체.
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