KR100770078B1 - 다층 광 디스크 - Google Patents

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KR100770078B1
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

다수의 정보 기록층을 포함하는 기록 유닛을 갖는 다층 광 디스크에서, 두개 이상의 정보 기록층이 투명층을 개재한 채 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되어 기록 유닛을 형성하고, 광 투과 보호층이 상기 기록 유닛 상에 10 내지 177 ㎛ 두께로 형성되고, 광 투과 보호층으로부터 광이 조사되어 정보 신호를 효과적으로 기록 및/또는 재생한다. 광 투과 보호층으로부터 원격지에 형성된 정보 기록층을 제외한 정보 기록층 중 적어도 하나는 상변화 재료를 기록 재료로서 갖는다. 광 투과 보호층에서부터 첫번째 정보 기록층을 구성하는 상변화 재료의 결정 상태에서의 굴절율 nc1 및 소거 계수 kc1과 비결정 상태에서의 굴절율 na1 및 소거 계수 ka1은 관계식 (nc1/na1)≤12, (kc1/ka1)≤12 및 (kc1/ka1)≤5(nc1/na1) (단, kc1/ka1〈 1 및 nc1/na1〈 1인 경우는 제외)을 만족시킨다.
다층 광 디스크, 광 투과 보호층, 결정화 촉진막, RF 스퍼터링법, 상변화 재료막

Description

다층 광 디스크{MULTI-LAYERED OPTICAL DISC}
도 1은 다층 광 디스크의 구조예를 도시하는 개략적인 단면도.
도 2는 소정의 광 특성을 실현하기 위한 영역을 도시하는 그래프.
도 3은 이중층 광 디스크의 기본 구조 및 광 입사 방법을 도시하는 개략도.
도 4는 이중층 광 디스크의 제1 기록층의 반사율 및 투과율의 정의를 설명하는 개략도.
도 5는 제2 기록층의 층 구조를 도시하는 개략도.
도 6은 제1 기록층의 층 구조를 도시하는 개략도.
도 7은 제1 기록층의 다른 층 구조를 도시하는 개략도.
도 8은 제1 기록층의 또 다른 층 구조를 도시하는 개략도.
도 9는 H-L형 및 L-H형의 광 에너지 분포를 도시하는 개략도.
도 10은 흡수 매체에서 광이 진행하는 방법을 도시하는 개략도.
도 11은 제1 기록층의 다른 층 구조를 도시하는 개략도.
도 12는 제1 및 기록층의 반사율 및 투과율을 정의하고 이중층 광 디스크의 광 투과 보호층을 도시하는 개략도.
도 13은 광 투과 보호층의 표면 상의 광 간섭막의 부재시 포커싱 서보 동안 포커싱 에러 신호를 도시하는 개략도.
도 14는 광 간섭막의 막 구조의 예를 도시하는 도면.
도 15는 광 투과 보호층의 표면 상에 광 간섭막 존재시에 포커싱 서보 동안 포커싱 에러 신호를 도시하는 개략도.
도 16은 제1 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 예를 도시하는 개략도.
도 17은 제1 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 18은 제1 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 19는 제1 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 20은 제1 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 21은 제2 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 22는 제2 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 23은 제2 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 24는 제1 기록층으로서 용량을 갖는 층 구조의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 25는 본 발명을 실현하는 광 디스크의 다른 예를 도시하는 단면도.
도 26은 도 25의 광 디스크를 액세스하기 위한 광 디스크 장치의 광 시스템을 도시하는 개략도.
도 27은 본 발명을 실현하는 제1 정보 기록층의 막 구조의 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 28은 제2 정보 기록층의 막 구조의 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 29는 본 발명을 실현하는 제1 정보 기록층의 막 구조 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 30은 제2 정보 기록층의 막 구조의 다른 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 31은 제2 정보 기록층의 막 구조의 다른 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 32는 제2 정보 기록층의 막 구조의 다른 예를 도시하는 개략적 단면도.
도 33은 본 발명의 실시예들과의 비교를 위해 사용된 광 디스크를 도시하는 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
5: 투명층
7: 광 투과 보호층
23A: 반사막
23B: 보강막
23D: 상변화 재료막
23G: 반투명 보강막
본 발명은 다수의 정보 기록층을 포함하는 기록 유닛을 갖는 다층 광 디스크에 관한 것이다. 좀 더 상세히는, 상변화 재료(phase change material)로 형성된 정보 기록층을 갖는 다층 광 디스크(multi-layered optical disc)에 관한 것이다.
최근, 소위 다중 매체가 대중화됨에 따라, 디지털 이동 화상 등의 대용량의 정보를 취급하는 광 기록 매체에 대한 수요가 증가됨으로써 대용량의 정보를 저장하고 필요에 따라 기록 및/또는 재생하기 위해 랜덤 액세스할 필요성이 증가하고 있다.
랜덤 액세스 가능 기록 매체들 중, 대용량이고 기록 및/또는 재생 장치로부터 도출될 수 있는 이동가능한 광 기록 매체가 있다. 이러한 광 기록 매체는 다방면에서 대용량으로 사용된다.
이러한 환경 하에서, NTSC (National Television System Committee) 시스템에 따라 광 기록 매체의 한 면에 4시간 동안 기록 및/또는 재생이 가능한 광 기록 매체를 제안한다.
이러한 광 기록 매체에서, 가정용 비디오 디스크 플레이어로서 4시간 동안 기록 및/또는 재생을 가능하게 하여 현재 유행하는 비디오 테이프 레코더를 대신하는 새로운 기록 매체로서 기능을 제공할 수 있게 한다. 또한, 상기 광 기록 매체는 음악 데이터가 기록된 디지털 오디오 디스크와 동일 형상 및 크기일 수 있고, 디지털 오디오 디스크에 익숙해진 사용자에게 좀 더 사용하기 쉬운 제품으로 입증된다.
한편, 좀 더 많은 정보량을 취급할 수 있는 광 기록 매체에 대한 수요가 증가함으로써, 광 기록 매체는 좀 더 많은 저장 용량을 갖도록 요구된다.
예를 들어, NTSC 시스템에 따라 기록 및/또는 재생할 수 있는 광학 기록 매체가 고유의 고속의 액세스 속도를 이용하여 간단한 소형의 기록 매체를 제공하기 위한 디스크 형상으로 요구될 뿐만 아니라 기록된 화상의 즉각 재생, 트릭 플레이(trick play) 또는 편집 등의 다중 기능을 갖기 위한 대용량일 필요가 있다.
이러한 여러 가지 기능을 갖기 위해서는, 8GB 이상의 용량이 필요하다. 그러나, 현재의 광 기록 매체는 다음과 같은 이유로 상기와 같은 큰 저장 용량을 실현시키기에는 부족하다.
미리 제안된 재생 전용의 DVD(digital versatile disc)에서, 파장 λ는 0.65 ㎛이고, 광 시스템의 개구수 NA는 0.6으로서, 현재의 DVD에 의한 기록가능 용량은 4.7 GB를 초과하지 않는다.
그리하여, ECC(error correction code) 또는 변조 시스템 등의 DVD 시스템의 신호 포맷으로 항상 8 GB 이상의 기록 용량을 제공하기 위해서는 다음의 관계식을 만족시켜야 한다:
Figure 112000002456719-pat00001
수학식 (1)로부터, 파장이 짧아지거나 NA의 크기가 커지도록 하는 NA/λ ≥1.20일 필요가 있다.
NA의 크기가 크다면, 조사된 재생광이 전송되는 광 디스크의 투명 기판의 두께가 감소되어야 한다. 이것은 NA가 증가됨에 따라, 광 픽업 장치의 광축에 대하여 수직으로부터 일탈하는 디스크 표면에 의한 각도 또는 소위 틸트각에 기인한 수차 허용치가 작아지면서, 재생광을 전송하는 투명 기판의 두께가 증가됨에 따라 이 틸트각에 기인한 수차가 작아지기 때문이다.
동일한 이유로, 재생광이 전송되는 투명 기판의 두께 변화량은 소정 범위 내에 있어야 한다.
한편, 플라스틱으로 형성된 사출 성형 기판은 광 기록 매체의 투명 기판으로서 널리 사용된다. 이러한 사출 성형 기판은 두께가 극히 얇아 고정확도로 제조하기 어렵다.
한편, 면내(in-plane) 방향 즉 2차원 방향으로 광 기록 매체의 정보 기록층의 기록 밀도는 사용중인 레이저 광의 최소 스폿 직경에 의해 결정된다. 그리하여, 최소 스폿 직경이 작아질수록 신호 기록 밀도가 높아진다. 따라서, 광 기록 매체 상에 고밀도로 기록할 수 있게 하기 위해서는, 광원의 파장을 감소시키고 대물 렌즈의 개구수 NA를 증가시키므로써 최소 스폿 직경을 감소시키려는 시도가 있다. 그러나, 레이저 광의 파장을 감소시키거나 대물 렌즈의 개구수 NA를 증가시키는 데는 기술적 제한이 있어, 2차원 방향으로 기록 밀도를 증가시키는데는 한도가 있다.
광 디스크에서 기록 용량을 증가시키기 위한 방법으로서, 기록층의 수를 증가시키는 방법 뿐아니라 기록 및/또는 재생 파장을 감소시키거나 기록 및/또는 재생용으로 사용된 광의 광 수렴 능력(NA)을 향상시키는 방법이 있다. 1회 기록 또는 재기록 광 디스크에서, 1998년 10월 Society Publication에서 일단 기록 및/또는 재생 파장을 감소시키고 대물 렌즈의 NA를 높게 하는 것을 선택한 다층 광 디스크는 소개되었다.
이 보고서의 취지는 2상(two phase) 변화 기록층 둘다에서 기록 및/또는 재생이 가능하다는 것이다. 그러나 정보가 광 입사면 기록층 (제1 기록층)에 기록되었던지, 상기 제1 기록층에 기록된 정보가 없던지 간에 또는 기록 영역 및 비기록 영역이 제1 기록층에 공존하던지 간에 다른 기록층 (제2 기록층)에서 안전하게 기록될 수 있다는 것이다. 실제로, 상변화 기록 재료로서 제1 기록층의 광 투과율이 비기록 상태 즉, 결정 상태에서보다 기록 상태 즉, 비결정 상태에서 더 높은 것으로 증명되었다. 상기 보고서에 따르면, 제1 기록층의 광 투과율은 결정 상태 및 비결정 상태에서 각각 70% 및 45%이다.
제1 기록층의 광 투과율이 상기 층에 기록되기 전과 후에 분명하게 변화된다면, 제1 기록층의 전체면에 정보를 기록한 다음 제2 기록층에 정보를 기록할 필요가 있다. 그러나, 신호들이 제1 및 제2 기록층 각각에서 자유롭게 기록 또는 재생될 수 없기 때문에, 매체와 교환하는 정보에 심각한 제한이 가해져서 결과적으로 다층 광 디스크 고유의 장점이 손실된다. 또한, 최근 광 디스크로/로부터 기록 또는 재생된 정보의 전송 레이트가 증가되는 것이 바람직하므로 다층 광 디스크의 다 수 기록층을 동시 기록 및/또는 재생하기 위한 요구가 증가하여 기록층 수에 대응하는 계수만큼 전송율을 증가시키게 된다.
또한, 적층된 정보 기록층을 갖는 기록 및/또는 재생 광 디스크에서, 빔 스폿 직경을 감소시킴으로써 선속도(linear speed)가 증가되고 데이터를 정확하게 기록하는 데 어려움이 있으므로, 두개의 정보 기록층이 적층된다면 10 GB 이상의 기록 용량을 실현시키는 데 어려움이 있다.
상술한 바와 같이, 광 기록 매체에서 기록 용량의 증가가 기술적 과제이다.
따라서, 본 발명의 목적은 3차원 방향으로 기록 밀도가 증가될 수 있고 또한 기록 용량이 증가될 수 있어 기록 및/또는 재생 특성이 우수한 다층 광 디스크를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기록가능한 다층 광 디스크의 각각의 기록층에서 안정성있게 기록 및/또는 재생을 동시에 수행할 수 있는 다층 광 디스크를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 재기록 및 고밀도 기록이 가능한 다층 광 디스크를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양태에서, 두개 이상의 정보 기록층이 투명층을 개재한 채 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되어 기록 유닛을 형성하고, 상기 기록 유닛 상에 광 투과 보호층이 10 내지 177 ㎛ 두께로 형성되고, 상기 광이 상기 광 투과 보호층으로부터 조사되어 정보 신호를 효과적으로 기록 및/또는 재생하는 다층 광 디스크(multi-layerd optical disc)에 있어서,
상기 광 투과 보호층으로부터 원격 위치에 형성된 정보 기록층을 제외한 상기 정보 기록층 중 적어도 하나가 기록 재료로서 상변화 재료(phase change material)를 갖고,
광 투과 보호층에서부터 계수하여 제1 정보 기록층을 구성하는 상변화 재료의 결정 상태에서의 굴절율 nc1 및 흡광 계수 kc1 및 비결정 상태에서의 굴절율 na1 및 흡광 계수 ka1은 (nc1/na1)≤12, (kc1/ka1)≤12 및 (kc1/ka1)≤5(nc1/na1) (단, kc1/ka1〈 1 및 nc1/na1〈 1)인 관계식을 만족시키는 다층 광 디스크를 제공한다.
상술한 다층 광 디스크에서, 본 발명에 따르면, 정보 기록층이 다층이고, 정보 기록층의 두께 방향에 대응하는 3차원 방향으로 조차 기록 밀도가 증가함으로써 기록 용량을 증가시키게 된다.
또한, 본 발명에 따른 다층 광 디스크에서, 광 투과 보호층으로부터 원격지에 형성된 정보 기록층을 제외한 정보 기록층 중 적어도 하나가 상변화 재료로서 기록 재료를 갖는다. 그리하여, 본 발명의 다층 광 디스크는 정보를 반복하여 기록 및/또는 재생할 수 있게 하는 한편, 기록 및/또는 재생이 가능한 다수개 층을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다층 광 디스크는 파장이 380 내지 450 ㎚인 광에 대해 광학적으로 최적화되기 때문에 거대 기록 용량을 실현시킬 수 있게 된다.
다른 양태에서, 본 발명은 두개 이상의 정보 기록층이 투명층을 개재한 채 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되어 기록 유닛을 형성하고, 상기 기록 유닛 상에 광 투과 보호층이 10 내지 177 ㎛ 두께로 형성되고, 상기 광이 상기 광 투과 보호층으로부터 조사되어 정보 신호를 효과적으로 기록 및/또는 재생하는 다층 광 디스크(multi-layerd optical disc)에 있어서,
각 정보 기록층은 기록 재료로서 상변화 재료를 갖고, 및
상기 기록 및/또는 재생광이 상기 광 투과 보호층으로부터 원격지의 제2 기록층에 수렴된다면, 상기 광 투과 보호층의 제1 기록층에서의 기록 및/또는 재생 광 통로 에리어에서 공존하는 정보 기록 트랙 및 비정보 기록 트랙이 있고, 상기 제1 기록층의 상기 상변화 기록 재료는 다음의 관계식:
0.8 ≤ T1c/T1a ≤ 1.2
70% ≥ T1c≥ 40%
70% ≥ T1a≥ 40%
Alc/A1a ≥ 1.0
을 만족시키고, 여기서 T1c는 결정 상태에서 제1 기록층의 상변화 기록 재료의 광 투과도이고, A1c는 결정 상태에서 제1 기록층의 상변화 기록 재료에 의해 흡수된 광의 흡수도이며, T1a는 비결정 상태에서의 상변화 기록 재료의 광 투과율이고, A1a는 비결정 상태에서 상변화 기록 재료에 의해 흡수된 광의 흡수율인 다층 광 디스크를 제공한다.
상술한 다층 광 디스크에서, 본 발명에 따르면, 정보 기록층이 다층이고, 정보 기록층의 두께 방향에 대응하는 3차원 방향으로도 기록 밀도가 증가함으로써 기록 용량을 증가시키게 된다.
또한, 다층 광 디스크가 광학적으로 최적화되기 때문에, 각 기록층에서 기록 및/또는 재생이 동시에 안전하게 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 정보 기록 매체에서, 결정화 촉진막 및 보강막이 적어도 지지 기판면 또는 지지 기판에 대향하는 상변화 재료막 상에 형성되어 상변화 재료에 의한 정보 기록층을 구성한다. 그리하여, 결정화 촉진막은 비결정 부분을 결정화시키기 위해 동작하는 한편, 보강막은 복귀광의 광량차를 안정되게 하기 위해 동작한다. 지지 기판에 최근접한 정보 기록층이 지지 기판쪽으로 가장 바깥쪽면에 할당된 반사막과, 지지 기판에 대향하여 가장 바깥쪽면에 할당된 반투명 보강막을 갖기 때문에, 전송된 광은 정보 기록층에서 지지 기판측으로의 다중 경로 반사에 의해 효율적으로 이용될 수 있고, 여기서 입사광량은 최소이므로 대응적으로 감도를 향상시킨다. 그리하여, 정보 기록층이 다층이라면, 정보 기록층에 기록된 정보의 열화를 피할 수 있게 되어 광량이 감소되는 하층으로의 정(positive)의 액세스가 가능해진다. Si, SiC, Ge, GeC, Sn, SnC, Al, AlC, Ga, GaC, In, InC, 염화물 및 이들의 산화물 중 적어도 하나를 함유하는 재료로 결정화 촉진막을 형성함으로써, 비결정 상변화 재료가 용이하게 녹을 수 있고 빔 스폿 직경이 선속도를 증가시킬 만큼 감소된다 하더라도 결정화가 용이하다.
유사한 막 구조에서, Au, AuCo 합금, Si, Ag 합금, SiOX, Au-SiO2 혼합물 및 Au-ZnS-SiO2 혼합물 중 적어도 하나를 함유하는 재료로 보강막이 형성된다면, 반사 층에 의해 반사된 광빔이 재반사되어 녹이는 공정에 많은 에너지를 소요하는 결정화 부분에 공급되는 에너지를 증가시키게 된다. 그리하여, 비결정 부분과 결정화 부분이 공존한다면, 이 부분들이 녹여져서 원하는 정보를 고르게 재기록할 수 있게 된다.
또한, 유사한 막 구조에서, 반사막은 Al 합금, BiSb, Ag 합금, Au, Au 합금 중 하나를 함유하는 재료로 형성될 수 있으므로, 정보 기록층으로부터 전송된 광빔을 효율적으로 반사하여 이용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 상기에서 요약한 바와 같이, 3차원 방향으로 기록 밀도를 증가시키는 것이 가능하여 기록 및/또는 재생 특성이 우수한 다층 광 디스크를 제고할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 기록층 둘다 제1 기록층의 투과율에 40% 이상을 제공하고 제2 기록층의 기록 및/또는 재생시에 제1 기록층의 투과율 변동을 감소시킴으로써 기록 및/또는 재생될 수 있다.
만약, 제1 기록층이 재기록 상변화 기록 재료를 사용한다면, 제1 기록층의 전체 정보 기록면 상에 디스크 생산자에 의해 신호들이 미리 기록되어, 사용자가 디스크를 안정하게 기록 및/또는 재생할 수 있도록 사용하면 제1 기록층의 투과율은 일정하게 된다.
제1 기록층 상에 정보를 기록하기 이전 및 이후에, 제1 기록층의 투과율 변동이 제2 기록층의 전력 마진 내로 억제된다면, 제2 기록층으로의 정보 기록은 제1 기록층의 기록 상태에 상관없이 안정되게 행해질 수 있다. 이 경우, 디스크 생산 자가 정보를 미리 기록할 필요는 없으므로 매체의 가격 경쟁력을 상승시키기 위해 생산 단가 및 매체 자체의 가격을 억제할 수 있게 한다.
또한, 제1 및 제2 기록층에 대한 기록 순서에 제한을 가할 필요가 없어져서 두개 기록층이 동시 기록 및/또는 재생이 가능해져 그 결과, 기록 및/또는 재생용 정보의 전송 레이트가 하나의 기록층을 갖는 광 디스크에서 보다 두배가 될 수 있다. 이로써 고 전송 레이트 상변화 광 디스크에 의한 하이비젼 방송의 실시간 기록을 가능케한다.
광 전송층 면상에 반사 방지막을 형성함으로써, 광 전송층의 면으로부터 기록 및/재생 드라이브까지의 기록층을 구별하는 메카니즘을 구비하지 않고도 기록 및/또는 재생광이 안전하게 기록층 위에 포커싱 될 수 있으므로 상기 드라이브를 저가로 생산가능케 한다.
또한, 보강막 및 결정화 촉진막을 포함하는 상변화 재료의 정보 기록층을 적층하고, 각 정보 기록층의 막 재료를 적합하게 선택함으로써 지지 기판에 최근접한 정보 기록층 위에만 반사막을 형성하여, 재기록가능하고 고밀도 기록이 가능한 광 정보 기록 매체를 제공한다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 실현하는 다층 광 디스크는 기판, 두개 이상의 정보 기록층을 포함하고 그 상부에 투명층이 개재된 기록부, 및 기록부 상에 형성된 광 투과 보호부 를 포함한다. 본 발명을 구현하는 다층 광 디스크로서, 정보 신호를 기록 및/또는 재생하기 위해 레이저 광이 광 투과 보호층 상에 비추어진다.
특히, 본 발명을 실현하는 다층 광 디스크로서, 광 투과 보호층으로부터 원격지에 있는 정보 기록층 이외의 2개 이상의 정보 기록층 중 적어도 하나가 상변화 재료를 기록층으로 하여 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 다층 광 디스크로서, 기판에 최근접한 위치에 형성된 정보 기록층을 제외한 정보 기록층 중 적어도 하나는 상변화 재료를 기록 재료로서 갖는 상변화 기록층이다. 물론, 본 발명에 따른 다층 광 디스크에서, 광 투과 보호층으로부터 원격지 즉, 기판에 최근접한 위치에 형성된 정보 기록층은 상변화 기록층일 수 있다.
다음의 설명에서, 두개의 정보 기록층으로 형성된 광 디스크의 기록부는 본 발명을 실현하는 다층 광 디스크의 일례로서 취해진다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 제한되는 것은 아니다. 도 1은 본 발명에 따른 다층 광 디스크를 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다층 광 디스크(1)는 광 반사층(3), 제2 정보 기록층(4), 투명층(5), 제1 정보 기록층(6) 및 광 투과 보호층(7)을 포함하여 기판(2)의 주요면(2a) 상에 순차 적층된다. 본 발명의 다층 광 디스크(1)에서, 정보 신호를 기록 및/또는 재생하기 위해 레이저 광이 광 투과 보호층(7)으로부터 조사된다.
좀 더 상세히는, 본 발명을 구현하는 다층 광 디스크(1)로/로부터의 신호 기록 및/또는 재생에서, 레이저 광이 제2 정보 기록층(4) 상에는 포커싱되지 않고 광 투과 보호층(7)으로부터 계수된 제1 정보 기록층(6) 상에 포커싱된다면, 정보 신호는 레이저 광 포커싱 상태의 제1층인 제1 정보 기록층(6)에/로부터만 기록 및/또는 재생된다. 한편, 레이저 광이 제1 정보 기록층(6) 상에 포커싱되지 않고 제2 정보 기록층(4) 상에 포커싱된다면, 정보 신호는 레이저 광이 포커싱된 상태인 제2층으로서 제2 정보 정보 기록층(4)에/로부터만 기록 및/또는 재생된다.
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본 다층 광 디스크(1)에서는, 정보 기록층이 제1 정보 기록층(6)과 제2 정보 기록층(4)을 포함하는 다층 구조로 되어 있고, 후술하는 표준을 만족하기 때문에, 기록 밀도가 종래의 단일 기록층을 갖는 광 디스크에서보다 정보 기록층의 두께 방향에 대응하는 3차원 방향에서 더 높아질 수 있으므로, 보다 증가된 기록 용량을 효과적으로 구현할 수 있다.
본 발명을 구현하는 다층 광 디스크(1)의 구조를 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로, 디스크 비대칭 마진
Figure 112005006246096-pat00002
, 기록 및/또는 재생 시스템의 파장 λ, 대물 렌즈의 개구수 NA, 및 광 투과 보호층의 두께 t는 상호 관련된다. 구체적으로, 이들 파라미터들과 디스크 비대칭 마진
Figure 112005006246096-pat00003
(이하, 비대칭 마진으로 약칭함)간의 관계는 실제적인 유용성, 즉 소위 충분히 증명된 실용가능성을 갖는 컴팩트 디스크(CD)를 고려한 일본국 특허 공개 제3-225650호에 제시되어 있다.
특히, 이 공보에서는,
Figure 112005006246096-pat00004
≤±84.115°라면 충분함을 보여주고 있다. 이것은 본 발명에 따른 다층 광 디스크(1)에도 적용될 수 있다.
광 디스크의 대량 생산시에 비대칭 마진
Figure 112005006246096-pat00005
의 특정한 한계치가 고려된다면, 이것은 0.4°로 설정하는 것이 합리적이다. 그 이유는, 비대칭 마진
Figure 112005006246096-pat00006
이 이 값보다 작다면, 대량 생산시에 생산 수율이 저하되어 그 단가를 상승시키기 때문이다. 한편, 종래의 광 디스크에서는 이 한계치가 CD 및 DVD 각각에 대하여 0.6°및 0.4°였다.
그 결과,
Figure 112005006246096-pat00007
가 0.4°일 때는, 설정될 광 투과 보호층(7)의 두께 t는, 레이저 광의 보다 짧은 파장 및 보다 큰 대물 렌즈의 개구수 NA 을 고려하여 산출된다. 우선, λ=0.65㎛라면, NA값은 NA/λ≥1.20 이란 관계로부터 0.78보다 작지 않도록 설정되어야 한다.
레이저 광의 파장이 앞으로 λ=0.4㎛와 같이 더 짧아지고, NA/λ≥1.20 이란 조건이 유지된다면, 광 투과 보호층의 두께 t는 1.77㎛가 된다. 그러므로, 대략 177㎛인 광 투과 보호층(7)의 최대 두께는 바람직하다고 말할 수 있다. 다층 광 디스크(1)의 생산에 기판의 두께가 1.2㎜인 종래의 CD 생산 장비를 사용할 수 있는 가능성이 고려된다면, 다층 광 디스크(1)의 총 두께는 최대 1.38㎜이 되어야 한다.
반면에, 광 투과 보호층(7)의 하한은 정보 기록층(4, 6), 반사층(3) 또는 투명층(5)을 보호하는 기능이 보증되는지의 여부에 따라서 결정된다. 구체적으로, 광 디스크(1)의 신뢰도 또는 광 투과 보호층(7)의 표면에 대한 2 세트 렌즈의 충돌 효과가 고려된다면 그 하한치는 최소한 10㎛인 것이 바람직하다.
광 투과 보호층(7)과 비대칭 마진
Figure 112000002456719-pat00008
간의 상술한 관계가 존재하지만, 현재의 적색 레이저로부터 장래에 널리 사용될 수 있는 청색 레이저까지 수용할 수 있는 가능성이 고려된다면, 광 투과 보호층(7)의 두께 t는 10 내지 177㎛인 것이 바람직하다.
그러므로, 10 내지 177㎛인 광 투과 보호층(7)의 두께 t가 바람직하다로 말할 수 있다.
또한, 기록 밀도를 상승시키기 위해, 상술한 바와 같이, NA/λ 비를 증가시켜야 한다.
상술한 다층 광 디스크(1)의 층들 각각의 구조에 대하여 이하에서 설명한다.
기판(2)의 표면(2a)에, 정보 신호 등의 신호를 기록할 인도 홈 또는 프리-피트 등의 미세 불균형성이 형성된다. 기판(2)의 두께는 0.3 내지 1.2㎜인 것이 바람직하다. 기판(2)의 재료는, 예를 들어 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 폴리메타아크릴레이크(PMMA) 등의 아크릴계 수지, 또는 유리 등이 있을 수 있다. 전자의 경우, 기판(2)은 주사 몰딩에 의해 형성되고, 후자의 경우 광폴리머(2P) 방법에 의해 형성된다.
기판(2)의 주요면(2a) 상에 형성된 광 반사층(3)은 제1 및 제2 정보 기록층(4, 6)을 통과해 투과된 광을 반사하기 위한 반사층으로 작용함과 동시에, 열이 제1 및 제2 정보 기록층(4, 6)에 과도하게 저장되는 것을 방지하기 위해 열 싱크층으로서도 작용한다.
광 반사층(3)의 재료는 금속 원소, 메탈로이드, 반도체 원소, 및 그 하나 또는 여러 개의 합성물인 것이 바람직하다.
이들 중에서, 0.4 내지 0.8 중량 %의 Si, 상한이 0.7 중량 %인 Fe, 0.15 내지 0.40 중량 %의 Cu, 상한이 0.15 중량 %인 Mn, 0.8 내지 1.2 중량 %의 Mg, 0.04 내지 0.35 중량 %의 Cr, 상한이 0.25 중량 %인 Zn, 및 상한이 10.0 중량 %인 Ti를 포함하는 주 원소가 Al로 구성된 재료를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
이 경우의 광 반사층(3)은 그 두께가 50 내지 200㎚인 박막으로 형성된다.
그 이유는, 상변화 재료로 형성된 상변화 기록층이 정보 기록층(4)으로서 광 반사층(3) 상에 형성된다면, 이 상변화 기록층은 광 반사층(3)의 결정성 또는 광 반사층(3)의 재료의 입자 크기에 의해 형성된 경계면의 형태에 덜 영향받기 때문에, 상변화 기록층이 기판(2)의 표면 형태를 정확하게 반영할 것이기 때문이다.
상술한 재료로써 기판(2) 상에 광 반사층(3)을 형성하기 위한 방법들 중에는 이온 빔 스퍼터링법, dc 스퍼터링법 및 RF 스퍼터링법 등과 같은 방법도 있다.
본 발명을 구현하는 다층 광 디스크에서, 2 층 이상의 정보 기록층들로 구성된 기록부는 기판(2) 상에 형성된 광 반사층(3) 상에 형성된다.
구체적으로, 본 다층 광 디스크에서, 광 투과 보호층의 측면에서부터 계수하여 제1층인 제1 정보 기록층(6)은 상변화 기록층인 것이 바람직하다. 그 이유는 상변화 재료는 일반적으로 높은 광 투과성이 있으므로, 이 상변화 재료가 광에 의해 조사된 광 투과 보호층(7)에서부터 계수하여 제1층인 제1 정보 기록층(6)으로 사용된다면, 제1 정보 기록층(6)을 통한 투과에 의해 야기된 광 감쇠는 보다 작은 값으로까지 억제될 수 있기 때문이다. 그 결과, 충분한 강도의 광이 광 투과 보호층(7)에서부터 계수하여 제2 및 그 다음의 정보 기록층들 상에도 입사되게 되며, 충분한 광 강도의 반사광이 제2 및 그 다음의 정보 기록층들로부터 흡수될 수 있다.
본 발명을 구현하는 다층 광 디스크(1)에서, 제2 정보 기록층(4) 및 제1 정보 기록층(6)은 기판(2) 상에 형성된 광 반사층(3) 상의 투명층들(5)을 통해 적층된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 광 디스크는 2개의 층으로 구성되는 것이 아니라 3개 이상의 층으로 구성될 수 있다.
또한, 정보 기록층들 전체가 상변화 기록층일 필요가 없으며, 단지 광 투과 보호층에서부터 가장 멀리 떨어진 정보 기록층을 제외한 적어도 하나의 정보 기록층이 상변화 기록층이면 충분하다. 또한, 정보 기록층은 외부 자계 방향에 역방향으로 자화되도록 퀴리 온도 이상의 온도 상승에서 그 보자력을 잃는 자기 광학 기록층일 수도 있지만, 리플레이 전용 기록부는 균열 및 요철이 존재하는 기판 및 그 위에 형성된 금속 반사막 상에 피트(pits)를 갖는다. 이 경우, 자기 광학 기록층은 커(Kerr) 현상이나 페러데이 현상을 보이는 Tb-Fe-Co막 등의 비결정 합금 박막으로 대표되는 수직 자기 기록용 막이다.
주지해야 할 것은 제1 정보 기록층(6) 및 제2 정보 기록층(4)이 기록 재료로서 상변화 재료로 형성된 상변화 기록층들이라는 사실이다. 2층 디스크(1)의 경 우, 제1 정보 기록층(6)이 상변화 기록층이라면 충분하며, 제2 정보 기록층(4)이 상변화 기록층이 될 필요는 없다.
이러한 기록 재료로 사용되는 상변화 재료로는 결정 상태와 비결정 상태간의 상변화를 겪는 재료가 사용된다. 이러한 형태의 상변화 기록층에서, 기록 피트는 예를 들어 후술하는 바와 같이 형성된다.
즉, 상변화 기록층이 스퍼터링법에 의해 형성된다면, 형성된 막은 비결정 상태에 있게 된다. 이와 같이 비결정 상태에 있는 상변화 기록층은 결정 상태로의 위상 천이를 위한 결정 온도 이상의 온도로 우선 가열된다(초기화).
이러한 상태에서, 레이저 광이 예를 들어 광 투과 보호층(7)으로부터 조사되면, 레이저 광이 수렴된 영역에서 결정 상태로부터 비결정 상태로 상변화가 발생하여, 이 영역에서 반사율이 변화된다. 반사율이 변화된 부분이 기록 피트가 된다. 이러한 기록 피트는 피트가 형성된 영역과 피트가 형성되지 않은 영역간의 반사율차를 이용하여 검출된다.
이러한 형태의 상변화 재료를 선택할 때에는 후술하는 점들에 주의하여야 한다.
우선, 합성시나 위상 분리 등의 분화시에 변화에 민감하지 않은 재료 및 결정형의 수가 작도록 결정이 형성될 수 있는 재료가 필요하다. 또한, 용융점, 결정화 온도 또는 결정 속도의 최적 범위에 있는 재료가 사용되어야 한다.
즉, 상변화 재료의 용융점은 700℃ 이하이어야 한다. 상변화 재료막이 비결정 상태로 위상이 변화되도록, 상변화 재료막은 그 용융점 이상으로 가열되어야 한 다. 그러므로, 상변화 재료의 용융점이 너무 높다면, 열 부하가 광 투과 보호층(7), 투명층(5) 상에, 또는 상변화 기록층 인접하거나 부근의 기판에 부과된다.
상변화 재료의 결정화 온도는 150℃ 이상인 것이 바람직하다. 상변화 재료의 결정화 온도가 너무 낮으면, 기록 피트가 열 안정성면에서 열화되어 정보 기록 신뢰도가 낮아지게 된다.
상변화 재료의 결정화 속도는 500nsec 이하가 바람직하다. 광 디스크의 선속도가 2 내지 20m/sec인 반면에, 디스크 표면 상의 레이저 광 스폿의 스폿 지름은 1㎛ 단위이다. 그러므로, 상변화 기록층 상의 주어진 스폿에 조사된 광 레이저의 시간 길이는 50 내지 500nsec가 된다. 이러한 짧은 조사 시간동안 상변화를 발생시키기 위해, 상변화 재료의 결정화 속도는 500nsec이하가 되어야 한다.
상변화 재료로는 Au, Al, Ag, Bi, Cu, Cr, Co, Cd, Ce, Cs, Dy, Fe, Ge, Gd, Ga, Hf, In, K, La, Li, Mn, Mo, Ni, Nb, Nd, Na, Os, Pd, Pr, Pb, Ru, Rh, Rb, Sn, Si, Sm, Sc, Si, Sm, Sc, Se, Te, Ti, Tb, Ta, Ti, V, W, Y, Zn, 및 Zr 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 재료로는 InSe계 칼코겐화물(chalcogenides), SbSe계 칼코겐화물, InSbSe계 칼코겐화물, GeSbTe계 칼코겐화물, GeSbTeSe계 칼코겐화물, GeSbTe계 칼코겐화물, AgInSbTe계 칼코겐화물, AgInSbSeTe계 칼코겐화물, AgInSbTeN계 칼코겐화물 정도를 열거할 수 있다. 구체적으로, 광 투과 보호층(7)에서부터 계수해서 제1층인 제1 정보 기록층(6)에서, 상술한 칼코겐화물은 광 투과율이나 반사율 등의 광학적 조건에 맞는 상변화 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
상변화 재료의 구체적인 예로는 용융점이 600℃, 결정화 온도 172℃, 그리고 결정화 속도가 50nsec인 Sb2Se3, Ge2Sb2Te5 와 TeOx(0＜x＜2)가 있다.
또한, 상변화 재료는 InSeN, InSeO, SbSeN, SbSeNO, SbSeO, InSbSeNO, InSbSeO, GeSbTeSeN, GeSbTeSeNO, GeSbTeSeO, AgInSbSeTeN, AgInSbSeTeNO, AgInSbSeTeO, GeSbTeNO, GeSbTeO, AgInSbTeNO 및 AgInSbTeO 중 하나일 수 있다.
이들 중에, TeOx는 결정 상태에서 상대적으로 안정하므로, 기록 피트의 열 안정성의 보증면에서 가치있다. Si를 첨가한 상술한 Se계 칼코겐화물은 또한 상대적으로 빠른 결정 속도를 갖기 때문에 바람직하다.
다층 광 디스크에서, 상술한 상변화 재료들이 정보 기록층용 기록 재료로 사용된다면, 정보 기록층의 광학 성능과 기록부에서의 정보 기록층의 위치간의 관계를 고려하는 것이 중요하다.
즉, 다층 광 디스크에서, 레이저 광이 입사되는 광 투과 보호층에서부터 계수하여 제2 정보 기록층, 또는 광 투과 보호층으로부터 2층 이상 이격된 n번째 정보 기록층은 n번째 정보 기록층에 보다 근접한 (n-1)번째 정보 기록층을 통해 투과된 레이저 광에 의해 광 투과 보호층으로 조사된다. 또한, n번째 정보 기록층에 의해 반사된 광은 광 수신부에 의해 수신되도록 (n-1)번째 정보 기록층들을 통해 투과된다.
이와 같이, 정보 기록층 상에 조사된 레이저 광의 세기나 이 정보 기록층으로부터 반사된 광의 세기는 정보 기록층보다 광 투과 보호층에 더 가깝게 놓인 정보 기록층들의 광학적 특성에 의해 영향받는다. 그 결과, 광 투과 보호층을 향해 놓인 정보 기록층들이 재생 신호의 진폭 및 광 투과율을 충분히 제공하기에 충분한 반사율을 갖는 것이 필요하다.
구체적으로, 광 투과 보호층에서부터 계수된 제1 정보 기록층은 재생 및 높은 광 투과율을 보증하기에 충분한 반사율을 보일 것이 요구되기 때문에 엄격한 요구 조건을 만족하여야 한다.
반면에, 광 투과 보호층에서부터 가장 멀리 있는 정보 기록층에서는, 반사율 및 광 흡수율이 상대적으로 낮은 세기에서도 기록 피트의 형성을 보증할 정도로 높게 되어야 하고, 이러한 반사율 및 광 흡수율은 기록 피트로부터 재생 신호의 충분한 진폭을 보증할 수 있을 정도로 커져야 한다. 기록부의 구조 설계에는 이러한 것들이 고려되어야 한다.
그 결과, 다층 광 디스크에서, 광 투과층(7)으로부터 계수하여 제1층인 제1 정보 기록층(6)에는 재생에 필요한 충분한 반사율 및 충분한 광 투과성이 요구된다.
반면에, 다층 광 디스크(1)에서 광 투과 보호층(7)에서부터 보다 이격되어 있는 제2 정보 기록층(4)은 상대적으로 적은 광 세기에서도 기록 및/또는 재생을 보증하기 위해 높은 반사율 및 광 흡수율을 가지는 것이 필요하다.
구체적으로, 다층 광 디스크(1)로 기록 재료로서 상변화 재료로 형성된 2개의 상변화 기록층으로 구성된 기록부가 고려된다면, 광 투과 보호층(7)에서부터 계수한 제1 정보 기록층(6)의, 결정 상태에서의 반사율 Rc1 및 광 투과율 Tc1, 및 비결정 상태에서의 반사율 Ra1 및 광 투과율 Ta1은 기록 및/또는 재생 광을 고려해 후술하는 조건을 만족하는 것이 바람직하다:
Rc1 ≥ 5%, Rc1/Ra1 ≥ 1.5, 및 Tc1, Ta1 ≥ 20%; 또는
Ra1 ≥ 5%, Ra1/Rc1 ≥ 1.5, 및 Tc1, Ta1 ≥ 20%.
반면에, 광 투과 보호층(7)에서부터 계수하여 제2층인 제2 정보 기록층(4)에서, 광 투과 보호층(7)에서부터 계수한 제1 정보 기록층(6)의, 결정 상태에서의 반사율 Rc2 및 광 투과율 Tc2, 및 비결정 상태에서의 반사율 Ra2 및 광 투과율 Ta2는 기록 및/또는 재생 광을 고려해 후술하는 조건을 만족하는 것이 바람직하다:
Rc2 ≥ 5%, Rc2/Ra2 ≥ 1.5, 및 Tc2, Ta2 ≥ 60%; 또는
Ra2 ≥ 10%, Ra2/Rc2 ≥ 1.5, 및 Tc2, Ta2 ≥ 60%.
광 투과 보호층(7)에서부터 계수한 제1 정보 기록층(6)에서, 결정 상태에서의 반사율 Rc1 및 비결정 상태에서의 반사율 Ra1 은 재생 신호의 진폭을 고려해 설정되므로, Rc1 및 Ra1 이 상술한 범위 외에 있다면, 제1 정보 기록층(6)으로부터 얻어진 재생 신호의 진폭은 짧게 된다.
제1 정보 기록층(6)에서, 결정 상태에서의 광 투과율 Tc1 및 비결정 상태에서의 광 투과율 Ta1 은 제1 정보 기록층(6)을 통과한 레이저 광의 투과율에 의해 야기된 레이저 광의 억제와 관련하여 결정된다. Tc1 및 Ta1 이 이 범위 외부에 있다면, 레이저 광은 광 투과 보호층(7)으로부터 제1 정보 기록층(6)을 통한 레이저 광의 투과로 인해 세기가 감쇠되어, 레이저 광은 광 투과 보호층(7)으로부터 이 광 투과 보호층에서부터 계수하여 제2층인 제2 정보 기록층(4)으로 충분한 세기로 조사될 수 없으므로, 제2 정보 기록층(4)으로부터 반사된 광은 충분한 세기로 수신될 수 없게 된다. 이것은 제2층에 대응하는 제2 정보 기록층에서 기록 피트의 형성 및 검출을 곤란하게 한다.
반면에, 광 투과 보호층(7)에서부터 계수하여 제2 기록층인 제2 정보 기록층(4)에서, 결정 상태에서의 광 흡수율 Ac1 및 비결정 상태에서의 광 흡수율 Aa1은 더 낮은 광 세기에서도 위상이 변화되도록 설정된다.
또한, 제2 기록층인 제2 정보 기록층(4)에서, 결정 상태에서의 반사율 Rc2 및 비결정 상태에서의 반사율 Ra2 는 재생 신호의 진폭을 고려하여 결정되어, Rc2 및 Ra2 가 이 범위 외부에 있을 경우, 제2 기록층인 제2 정보 기록층(4)으로부터 얻어진 재생 신호의 진폭은 짧아지게 된다.
기록층들의 층 구조에 의존하는 기록층들의 광학적 특성들은 유전체 및 반사층들, 기록용 재료로서 사용된 상변화 재료의 굴절율 n의 혼합 사용 및 흡광 계수 k이다.
도 2는 다양한 상변화 재료들의 nc1, na1, kc1, 및 ka1을 횡자표 상의 nc1/na1 및 종좌표 상의 kc1/ka1에 따라 구성한 그래프를 도시한다.
기록 및/또는 재생 광의 파장이 650㎚ 인지 400㎚인지에 상관없이, 그 결과는 대략적으로 동일하므로, 도면에서 어둡게 도시된 영역에서 상술한 광학적 특성을 구현하는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 발명에서, 광 투과 보호층에서부터 계수한 제1 정보 기록층을 구성하는 상변화 재료의 결정 상태에서의 굴절율 nc1 및 흡광 계수 kc1 및 비결정 상태에서의 굴절율 na1 및 흡광 계수 ka1 은 (nc1/na1)≤12, (kc1/ka1)≤12 및 (kc1/ka1)≤5/(nc1/na1)인 관계를 만족하도록 설정되는데, 여기서, (kc1/ka1)＜1 및 (nc1/na1)＜1 은 것은 제외된다.
이제. 다층 광 디스크를 설명하는데, 여기서는 광 입사측 기록 및/또는 재생 광에 대한 제1 기록층의 광 투과율에서의 변화가 제1 기록층 내의 정보 기록 전후에 감소되어 제2 정보 기록층 상에 또는 그로부터의 안정한 정보 기록 및/또는 재생을 보증할뿐만 아니라 제1 및 제2 기록층들 상에서의 정보 기록 및/또는 재생을 동시에 할 수 있도록 한다.
상변화 광 디스크는 기록 재료의 복합 굴절율에서의 차이가 기록 재료의 결정 상태와 비결정 상태간에 증가된다는 사실을 이용하였다. 정보 미기록부 및 정보 기록부를 각각 결정 상태와 비결정 상태로 설정함으로써, 이들 영역들로의 기록 및/또는 재생 광에서의 반사율차가 기록된 정보의 존부를 분별하기 위해 생성된다. 또한, 결정 상태는 상변화 재료를 상대적으로 느리게 냉각하여 생성될 수 있다. 이러한 원리를 이용하는 상변화 광 디스크 분야에 사용되는 것은 초기 디바이스이다. 비결정 상태는 상대적으로 빠르게 냉각하여 생성될 수 있다. 이러한 원리를 이용하는 것은 정보 기록 및/또는 재생이다.
도 3은 2층 광 디스크의 기본 구조, 및 기록 및/또는 재생용 광이 이러한 광 디스크에 입사하도록 하는 방법을 도시한다.
다층 광 디스크는 0.3 내지 1.2㎜인 열가소성 수지의 지지 기판(11), 및 그 내부에 형성된 나선 원주 연장형 가이드 홈(guide groove)(12)을 포함한다. 가이드 홈(12) 상에 가이드 홈 구조를 갖는 제1 정보 기록층(15)이 대략 30㎛ 두께인 투명 중간층(14)을 통해 형성되고, 투명 광 투과층(16)은 100㎛ 단위의 두께로 그 위에 형성된다. 기록 및/또는 재생용 레이저 광의 파장은 650 내지 400㎚ 단위이며, 대물 렌즈(17)의 광 수렴 능력을 나타내는 개구수 NA는 0.85로 설정된다. 기록층 상에 수렴된 광의 직경은 650㎚ 및 400㎚ 파장 각각에 대해 0.9㎛ 및 0.6㎛ 단위이다. 입사광에 대해 볼록한 가이드 홈 부분과 입사광에 대해 오목한 가이드 홈 부분 모두에 각각 정보가 기록된다.
기록 및/또는 재생 광을 기록층 상에 수렴시에, 기록 및/또는 재생에 사용되는 레이저 광은 이 기록 및/또는 재생 광을 수렴하는데 사용되는 대물 렌즈를 통해 투과됨으로써 수렴된다. 수렴광은 이중층 광 디스크의 광 투과층(16) 상에 입사되고, 이 광 투과층(16)을 통해 투과되어, 제1 정보 기록층(15) 상에 집광된다. 또한, 수렴광은 제1 정보 기록층(15)을 통해서, 그리고 투명 중간층(14)을 통해서 투과되어, 제2 정보 기록층(13) 상에 집광된다. 제1 정보 기록층(15) 및 제2 정보 기록층(13) 상에 광을 집광하기 위하여, 하나의 대물 렌즈가 사용되는데, 이 경우의 대물 렌즈는 광축 방향으로 이동된다. 대안적으로, 두 개의 서로 다른 대물 렌즈 및 이러한 대물 렌즈와 쌍을 이루는 레이저 광 빔들이 사용되어, 레이저 광 빔들이 가각의 기록층 상에 집광될 수 있다.
광 디스크의 제1 및 제2 기록층들에서의 광 반사율, 광 투과율 및 광 흡수율은 다음과 같은 방식으로 정의된다.
도 4에서는, 다층 광 디스크의 내부에서 입사광의 각 층들에서의 반사율 및 투과율의 정의를 도시하고 있다. R1c는 제1 정보 기록층(15) 상에서의 입사광의 반사율이며, T1c는 이 경우의 제1 정보 기록층(15)에서의 투과율이다. R1a는 제1 정보 기록층(15)의 재료가 비결정 상태에 있을 경우에 제1 정보 기록층(15) 상에 입사된 광의 반사율이며, T1a는 이 경우에 제1 정보 기록층(15)에서의 광 투과율이다. A1c, A1a는 제2 기록층(14) 상에 입사된 광과 기록 재료들에 의해 흡수된 광의 비를 나타낸다.
R2c는 제2 정보 기록층(13)의 기록 재료가 결정 상태에 있을 경우에 제2 정보 기록층(13) 상에 입사된 광의 반사율이며, R2a는 제2 정보 기록층(13)의 기록 재료가 비결정 상태에 있을 경우에 제2 정보 기록층(13) 상에 입사된 광의 반사율이다. A2c, A2a는 제2 정보 기록층(13) 상에 입사된 광과 기록 재료들에 의해 흡수된 광의 비를 나타낸다.
R'2c는 제2 정보 기록층(13)의 기록 재료가 결정 상태에 있을 때, 광 투과층 상에서의 입사광의 광량과 제1 정보 기록층(15)을 통해 투과된 다음, 제2 정보 기록층(13)에 의해 반사되고, 다시 제1 정보 기록층(15)을 통해 투과된 다음, 광 투과층으로 되돌아온 입사광의 광량의 비를 나타낸다. 반면에, R'2a는 제2 정보 기록층(13)의 기록 재료가 비결정 상태에 있을 때, 광 투과층 상에서의 입사광의 광량과 제1 정보 기록층(15)을 통해 투과된 다음, 제2 정보 기록층(13)에 의해 반사되고, 다시 제1 정보 기록층(15)을 통해 투과된 다음, 광 투과층으로 되돌아온 입사광의 광량의 비를 나타낸다.
상술한 상변화 광 디스크에서, Ac/Aa≥1.0이 바람직하다. 이 값은 정보 재기록 특성을 반영하므로, 이 비보다 더 큰 값이 바람직하다고 말할 수 있다. 정보가 기존에 존재하는 기록 마크 상에 기록되면, 이 비의 값이 커질수록 이미 존재하는 마크들이 더욱 효과적으로 삭제되는데, 다시말해 원리적인 용어로는 사전 결정화 하에서 결정화된다.
반면에, 펄스로서 50㎽ 또는 70㎽의 dc 전력을 자체에 의해 발전할 수 있는, 기록 및/또는 재생에 사용되는 660㎚ 파장의 레이저 광이 있다. 이러한 레이저 광을 사용하여, 최대 펄스 출력이 10㎽인 펄스가 대물 렌즈로부터의 광 방사 상에 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이 구성된 제2 정보 기록층(13)은 650㎚의 레이저 파장에 대해 33.5%의 반사율과 7㎽의 기록 전력을 갖는다. 기록 전력의 변화 허용도, 즉 전력 마진은 중심 전력에 대해 ±20% 이다.
제1 정보 기록층(15)의 투과율의 범위로 되돌아가서, 제2 정보 기록층(13)의 기록 및/또는 재생을 효과적으로 하기에 충분한 광량이 제2 정보 기록층(13)에 도달하게 되면, 제1 정보 기록층(15)의 투과율은 최소한 40% 정도가 요구된다. 반면에, 제1 정보 기록층(15)의 투과율의 상한은 제1 정보 기록층(15)이 기록 가능하게 되도록 결정된다. 현재 이용 가능한 기록 전력이 고려된다면, 제1 정보 기록층(15)의 광 투과율은 70%, 광 흡수율은 20%, 그리고 광 반사율은 10%가 얻어지며, 70%라는 값은 광 투과율의 상한이 된다. 그 결과, 제1 정보 기록층(15)의 투과율의 범위는 다음과 같이 주어진다:
70% ≥ T1c ≥ 40%; 및
70% ≥ T1a ≥ 40%
650㎚의 파장에 대한 정보 기록 조건은 6m/sec 이상의 기록 선속, 0.23㎛/bit 이하의 기록 선속을 포함하며, 2층 디스크에 대한 정보 양은 적어도 17Gbyte이고, 전송 속도는 적어도 26Mbps[원시 데이터(raw data)]이다.
400㎚의 파장에 대한 정보 기록 조건은 6m/sec 이상의 기록 선속, 0.14㎛/bit 이하의 기록 선속을 포함하며, 2층 디스크에 대한 정보 양은 적어도 34Gbyte이고, 전송 속도는 적어도 42Mbps[원시 데이터(raw data)]이다.
삭제
0.6의 NA 및 0.6 mm 단위의 광 투과 층을 갖는, DVD 같은 광 디스크에 대해 또한, 비슷한 논의가 있을 수 있다.
제1 기록층이 재기록(overwrite)가능한 상변화 기록 물질로 형성되고, 정보로서의 의미를 갖지 않는 신호들이 프로듀서에 의해 정보 기록 영역의 전 표면 상에 미리 기록되면, 제1 기록층의 결정 영역과 비결정 영역간의 면적 비율은, 사용자가 디스크를 사용할 때 제1 기록층에 기록하기 전과 후에는 변화되지 않기 때문에, 제2 기록층은 영구히 안정적으로 기록 및/또는 재생될 수 있다.
도 6은 제1 기록층을 실현하기 위한 기록층 구성의 예를 나타내고 있다. 여기서는 랜드/그루브 기록을 전제로 하기 때문에, 제1 기록층의 결정 영역과 비결정 영역간의 면적 비율은 기록 후에 변화되지 않고, 따라서 기록 및/재생 광의 초점이 제2 기록층에 맞춰질 때 제1 기록층의 광 투과율은 59.8%가 된다.
도 7 및 8은 제1 기록층의 다른 예시적인 구조를 나타낸다. 기록 및/또는 재생 파장은 650 nm로 가정되었다. 도 7 및 8은 기록 이전과 이후의 반사율 변화가 하이 로우 (본 명세서 상에서 H-L로 언급됨)일 때의 일례와 기록 이전과 이후의 반사율 변화가 로우 하이 (본 명세서 상에서 L-H로 언급됨)일 때의 일례를 나타낸다. 도 9는 H-L형과 L-H형 사이의 광 에너지 분포를 나타낸다. 여기에서 다음식들이 이용된다:
도 7의 막 구조
0.8 ≤ Tc/Ta = 0.80 ≤ 1.2
70% ≥ T1c = 63.3% ≥ 40%
70% ≥ T1a = 79.1% ≥ 40%
Ac/Aa = 1.69 ≥ 1.0;
도 8의 막 구조
0.8 ≤ Tc/Ta = 0.81 ≤ 1.2
70% ≥ T1c = 54.9% ≥ 40%
70% ≥ T1a = 68.1% ≥ 40%
Ac/Aa = 1.70 ≥ 1.0.
만일 본 발명에 의해 전술한 광학적 특성을 만족시키기 위해, 제1 기록층 상에 광 입사 시의 투과율이 40% 이상이면, 기록 물질에 의해 흡수되는 광 에너지는 60% 이하일 필요가 있다. 도 10은 광에 대한 흡수 계수를 갖는 물질을 통해 투과된 광 에너지의 변화를 나타낸다. 광이 기록막을 가로지를 때 기록막에 입사하는 광에 대한 흡수 계수는 exp(-4π·k·dr/λ)로 표현되며, 여기서 k는 기록 물질의 막을 통해서만 투과되는 광의 기록막에 의한 흡수 계수를 나타낸다. 높은 투과율을 실현하기 위해, 광은 바람직하게는 일반적으로 다중 경로 간섭막인 기록 물질의 막의 내부를 통해서만 투과된다. 기록막에 의한 광 흡수율이 60% 이상이라면, 투과율은 더 높을 수 없고, 다층 광 디스크는 실현될 수 없다. 따라서, 기록막의 상한은 다음 식에 의해 결정된다:
exp(-4π·k·dr/λ) ≥ 40%.
기록 물질의 막에 대한 하한이 또한 존재한다. 기록 물질의 막이 스퍼터링에 의해 형성되면, 이 박막은 5 nm 이하의 두께로 형성될 수 없으며, 이 물질은 종래의 기술로써 아일랜드 패턴(island pattern)으로 존재한다. 따라서, 기록 물질의 막의 두께는 바람직하게는 5 nm 이상이다.
따라서, 기록 물질의 막의 두께는 다음의 식을 충족해야 한다:
exp(-4π·klc·dr/λ) ≥ 40%
exp(-4π·kla·dr/λ) ≥ 40%
dr ≥ 5nm.
막 두께에 대한 이들 조건은, 도 6-8 및 후에 설명될 도 11에 도시된 제1 기 록층의 예시적인 막 구조에서 모두 충족된다.
도 11은 기록 및 재생 파장이 400 nm인 경우의 제1 기록층의 구조를 나타낸다. 제1 기록층에 광범위하게 사용되는 상변화 기록 물질 Ge2Sb2Te5와 함께, 굴절율 및 결정과 비결정 위상간의 흡수율의 비율은 400 nm의 파장에 대해 더 작아지고, H-L형 기록층 구성과 함께 이제 설명될 조건을 만족하기 어렵다. 사실, 어떤 적합한 층 구조도 발견된 적이 없다. 이 조건을 만족하는 층 구조가 L-H형 기록층 구성에서 얻어졌다. 도 11은 이러한 예시적 구조를 나타낸다. 도 11의 구조에서, 다음 조건들이 만족된다:
0.8 ≤ Tc/Ta = 1.04 ≤ 1.2
70% ≥ T1c = 53.5% ≥ 40%
70% ≥ T1a = 51.1% ≥ 40%
Ac/Aa = 1.10 ≥ 1.0.
따라서, 400 nm의 기록 및 재생 파장에서, 고성능 재기록 다층 광 디스크 구현에 대해 L-H 정보 기록형이 바람직하다.
도 11에 도시된 예시적인 층 구조로부터 알 수 있듯이, 결정형 상태인 기록 전의 반사율은 3% 이하이다. 다층 광 디스크의 광 입사 측의 최외곽면은, 이 면의 반사율이 5% 정도인 상태로, 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 자외선 광 보호 수지로써 형성된다. 다른 한편으로, 광 투과 층은 대략 100 ㎛의 막 두께를 갖고, 이 막 두께는 DVD와 같은 기존의 광 디스크의 막 두께의 1/6 이하이고, 중간 층의 막 두께에 근접한다. 입사광의 초점이 제1 기록층 또는 제2 기록층에 맞춰질 때, 각 기록층으로부터의 반사광에 기초하여 계산하는 중에 얻어지는 초점 에러 서보 신호들(focussing error servo signal)이 검출되어 각 기록층에 초점을 맞추는 시간을 알게된다. 그런데, 광 투과층이 너무 얇으면, 광 투과층의 표면으로부터의 반사광에 의한 유사한 신호들로부터 이들 각 기록층으로부터의 정보를 분리하는 것이 힘들게 된다. 그 결과, 기록층으로부터의 반사광 또는 광 투과층으로부터의 반사광 중 보다 높은 반사율을 갖는 것에서 초점이 형성된다. 따라서, 광 투과층의 표면 상의 반사율은 바람직하게는 기록층의 반사율보다 낮다. 촛점이 제1 기록층 또는 제2 기록층 상에 형성되면, 각 층은 바람직하게는, 초점 서보를 적용하기 위해 2% 이상의 반사율을 갖는다. 따라서, 광 투과층 표면의 반사율은 바람직하게는 2% 이하이다.
L-H형의 다층 광 디스크가 사용되면, 광 간섭막이 바람직하게는 표면 반사를 방지하기 위해 사용된다. 이것이 다음에 설명될 것이다.
도 12는 다층 광 디스크의 내부로 입사하는 광의 각 기록층 상에서의 반사율 및 투과율에 대한 정의를 나타낸다. 도 12에서, Rs 및 Ts는 각각 광 투과층 표면 상에서의 반사율 및 투과율을 나타낸다.
R1, T1 및 R2는 각각 제1 기록층에 입사하는 광의 반사율, 제1 기록층을 통하는 광의 투과율 및 제2 기록층에 입사하는 광의 반사율을 나타낸다. R2'는 입사광 광량에 대한, 광 투과층에 입사하고, 제1 기록층을 투과하고, 제2 기록층에 의해 반사되며, 제1 기록층을 재투과하고 광 투과층에 돌아오는 광량의 비율을 나타낸다.
표 1은, 도 14를 참조하여 후에 설명된 바와 같이 반사율을 감소시키기 위해 사용되는 광 간섭막의 존재 혹은 부재 시의 광 투과층, 제1 기록층 및 제2 기록층 표면의 반사율값을 나타낸다. 도 13은 광 간섭막의 부재 시의 초점 탐색 시간에서의 초점 에러 신호를 나타낸다. 여기서, 초점 탐색은, 광 초점 위치가 제1 및 제2 기록층을 가로지르도록 도 3에서 대물렌즈를 상하로 움직이는 동작을 뜻한다.
Figure 112000002456719-pat00009
여기서, 초점 위치는 또한 광 투과층의 표면을 가로지른다. 이 경우에, 초점 에러 탐색 시스템으로서 비점 수차법(astigmatic method)이 사용된다. 도 13에, 광 투과층(16), 제1 정보 기록층(15) 및 제2 정보층에 발생하며 초점 탐색에 부수하는 3가지 에러 신호들을 나타낸다. 이들 신호는 동일한 수준의 진폭이며, 따라서, 도 13의 신호가 초점 서보 풀 인 동작(focussing servo pull-in operation)에 영향을 미치도록 사용된다면, 광이 광 투과층 표면 상의 에러에 의해 초점이 맞춰지도록 하는 확률이 높아지게 된다.
반사율 감소를 위한 광 간섭막이 광 투과층 표면 상에 형성된다고 가정하자. 도 15는 광 간섭막의 존재 시의 초점 탐색에 대한 초점 에러 신호들을 나타낸다. 도 15에서, 광 투과층 표면에 의한 초점 에러 신호의 진폭이 도 13에서 보다 작아서, 기록층으로부터 분명한 차이가 생기는 것을 알 수 있다.
파라미터로서 각 투명층의 막 두께 및 굴절율을 갖는 도 14의 광 간섭막 구성 내의 반사광의 광량이, 이제 수학식에 대입된다. 박막 경계면의 접선 방향 성분으로서, 입사광의 진폭은 Ei이고, 반사광의 진폭은 Er이며 투과광의 진폭은 Et이고, 그 관계식은 광 박막의 반사율을 계산하기 위해 사용되는 특성 행열에 의해 표현되어 다음의 수학식 2가 얻어진다:
Figure 112000002456719-pat00010
는 진공에서의 어드미턴스이다.
에너지 반사율은 다음의 식으로 표시된다.
Figure 112000002456719-pat00011
따라서 상기한 특성 행열에 의한 식으로부터 계산된다.
광 투과층 자체의 표면 반사율은 4% 정도이기 때문에, 디스크 표면 반사율과 제1 기록층의 반사율(R1'), 제2 기록층의 반사율(R2') 및 반사광의 광량을 구별하기 위해, 디스크 표면 반사율은 바람직하게는 2% 이하이다. 따라서, 수학식 2 및 3은 바람직하게는 다음의 수학식(4)을 나타낸다:
Figure 112000002456719-pat00012
수학식 3을 만족하고 간섭막을 감소시키는 반사율로서 작동하는 n1, n2, d1, d2의 많은 조합들이 존재한다. 단지 몇몇 예가 표2에 나타나 있다.
Figure 112000002456719-pat00013
광 투과층 표면의 반사율을 가능한 한 감소시키기 위해, 다음식이 만족됨이 바람직하다:
Figure 112000002456719-pat00054
Figure 112000002456719-pat00055
Figure 112000002456719-pat00056
여기서, 반사율은 이론상 0%이다. 비록 박막 제조 중 발생된 에러에 의해 작은 편차가 발생되지만, 0.2%에 가깝게 반사율을 감소시키는 것이 가능하다.
도 16-20은 제1 기록층으로서 사용될 수 있는 서로 다른 유형의 층 구조를 나타낸다.
도 21-24는 제2 기록층으로서 사용될 수 있는 서로 다른 유형의 층 구조를 나타낸다.
제1 기록층의 400 nm의 기록 및/또는 재생 파장에 대한 특정한 실험 결과가 표 3-7에 나타나 있다. 이들 예에서 사용된 재료들의 광학적 특성들이 표 3에 나타나 있다.
Figure 112000002456719-pat00014
Figure 112000002456719-pat00015
Figure 112000002456719-pat00016
Figure 112000002456719-pat00057
Figure 112000002456719-pat00018
Figure 112000002456719-pat00058
어떤 경우에도, Ac/Aa 값은 L-H형에서 보다 H-L형에서 더 크다.
상변화 재료에 의해 보강막(enhancement film), 결정화 촉진막 및 정보 기록막으로 각각 이루어진 다수의 세트들을 포함하고, 또한 지지 기판에 최근접한 정보 기록층 상에만 있는 반사막을 포함하는 광 디스크가 이후로 설명된다. 각 기록층을 구성하는 막재료들은 광 디스크가 재기록가능하고 고집적 기록이 가능하도록 선택된다.
도 25는 이러한 광 디스크의 단면도를 도시한다. 이 광 디스크(21)는 높은 전송 속도로 원하는 정보를 고집적 기록하고 기록된 정보를 재생하는 경우에 적용된다. 광 디스크(21) 형성 시에, 복수의 정보 기록층(23, 24)이 지지 기판(22)에 중간층(26)을 개재하여 배치되고, 광 투과층(26)이 그 위에 형성된다. 광 디스크(21)와 함께, 레이저 광선이 정보 기록층(23, 24)에 선택적으로 집중되어, 광 투과층(26)의 측으로부터 원하는 데이터를 각 정보 기록층(23, 24)에 기록하게 된다.
지지 기판(22)의 정보 기록층(23)에서, 레이저 광선(L)의 가이드 그루브(guide groove)를 구성하는 크레스트 및 리세스 패턴이 형성되고, 플라스틱 기판, 유리 기판, 가령 알루미늄 또는 스테인레스 등의 금속 기판으로서 설계된다. 지지 기판(22)이 프라스틱으로 형성되면, 크레스트 및 리세스 패턴은 사출 성형(injection molding)으로 형성되고, 반면에, 지지 기판이 유리 혹은 금속 기판으로 형성되면, 크레스트 및 리세스 패턴은 광 폴리머(photopolymer)(2P)법으로 형성된다. 지지 기판이 0.3에서 1.2 mm 두께로 형성되어, 광 디스크(21)의 전체 두께는 현재 상용화된 광 디스크보다 두껍지 않다.
정보 기록층(23)은 상변화 재료로 된 막을 구비하고 감도가 높게 형성되어 정보 기록층(24)을 통해 투과된 광에 의한 기록이 더 신뢰성이 있도록 한다. 특히, 정보 기록층(23)이 지지 기판(22)의 측으로부터 반사막(23A), 제2 보강막(23B), 제2 결정화 촉진층(23C), 상변화 재료로된 막(23D), 제1 결정화 촉진층(23E) 및 반투명 보강막(23G)의 순차적인 배치로 형성된다.
반사막(23A)이 Al 합금, BiSb 합금 또는 Ag 합금으로 구성되고, 상변화 재료 막(23D)을 통해 투과된 레이저 광선(L)을 반사시켜 상변화 재료로된 막(23D)에 재입사시키고 레이저 광선(L)의 이용 효율을 높여 정보 기록층(23)의 감도를 향상시키도록 형성된다. 이는 빔 스폿 지름이 작아져 선속을 증가시키더라도, 상부층 측의 정보 기록층(24)를 통해 투과된 광선에 의해, 상변화 재료로된 막(23D)이 신뢰도 높게 용해되어 작은 양을 갖도록 한다.
제2 보강막(23B)과 제1 보강막(23F)은 ZnS, ZnS-SiO2, SiO2 및 MgF2 중 적어도 하나로 형성된다. 막(23B, 23F)의 두께를 각 물질의 광학 특성에 따라 선택함으로써 상변화 재료(23D)의 막의 결정 영역과 비결정 영역간의 반사율 차이가 증가하게 되어, 선속을 증가시키기 위해 빔 스폿의 직경을 감소시키는 경우에도 제2 보강막(23B)과 제1 보강막(23F)에 대해 상변화 재료(23D)의 막의 결정 영역과 비결정 영역을 구별하는 것이 가능하게 된다. 상변화 재료(23D)을 이루는 상변화 재료와 광학 시스템의 구성에 의해 상변화 재료(23D)의 막의 결정 영역과 비결정 영역간의 반사율 차이가 충분한 정도로 유지될 수 있는 경우에는 제2 보강막(23B)과 제1 보강막(23F)이 생략될 수 있다.
제2 결정화 촉진막(23C)과 제1 결정화 촉진막(23E)은 상변화 재료(23D)의 막에 대해 열악한 습윤성을 가진 물질로 제조되어, 상변화 재료가 비결정 상태로 고체화되는 경우, 완화 현상으로서 상변화 재료(23D)의 막의 용융 및 결정화를 촉진시키기 위해 고에너지 상태로 고체화된다. 특히, 제2 결정화 촉진막(23C)은 Si, SiC, Ge, GeC, Sn, SnC, Al, AlC, Ga, GaC, In, InC, 이들의 염화물 또는 산화물 중 적어도 하나를 함유하는 물질에 의해 각 물질의 광학 특성에 적당한 막 두께로 형성된다. 이러한 방식으로, 제2 결정화 촉진막(23C)과 제1 결정화 촉진막(23E)은 선속을 증가시키기 위해 빔 스폿의 직경을 감소시키는 경우에도 쉽게 상변화 재료(23D)의 막의 비결정 영역을 결정화할 수 있다. 한편, 제2 결정화 촉진막(23C)과 제1 결정화 촉진막(23E)은 레이저 광 빔(L)의 선속이 낮은 경우에는 결정화를 위해 충분한 시간이 확보되기 때문에 경우에 따라 생략될 수 있다.
상변화 재료(23D)의 막은 InSe, SbSe 및 SbTe 2원 합금, InSbSe, GeSbTe 및 InSbTe 3원 합금, GeSbTeSe 및 AgInSbTe 4원 합금, AgInSbSeTe 5원 합금, 이 합금들의 질화물 및 산화물의 그룹으로부터 선택된 상변화 재료로 형성된다. 상변화 재료(23D)의 막은 예컨대 스퍼터링에 의해 준비된다. 상변화 재료(23D)의 막이 스퍼터링에 의해 준비되는 경우, 상변화 재료(23D)의 막 전체는 통상적으로 준비 직후에 소위 초기화를 실시함으로써 균일한 광 빔의 조사에 의해 결정화된다.
반투명 보강막(23G)은 정보 기록층(23)의 감도를 증가시키기 위하여 상변화 재료(23D)의 막을 통해 전달되는 광 빔의 다중 경로 반사를 일으킨다. 반투명 보강막(23G)은 또한 광 전달층(B) 측에서 볼 때 상변화 재료(23D)의 막의 결정 영역과 비결정 영역간의 반사율을 역전시킨다. 즉, 반사율과 열전도율은 대개 비결정 영역에서보다 결정 영역에서 더 높다. 더욱이, 결정 영역에서는 용융에 잠열이 요구되어, 결정 영역은 비결정 영역보다 용융되기가 어렵다. 따라서, 직접 덮어 쓰는 경우, 부분적으로 비소거가 발생한다. 이러한 부분적인 비소거는 재생시 재생 신호의 파형 왜곡에 의해 관측된다. 따라서, 반투명 보강막(23G)은 덮어 쓰기로 인한 부분적인 비소거를 방지하기 위하여 결정 영역에 더 많은 양의 광 빔이 조사될 수 있도록 결정 영역과 비결정 영역간의 반사율을 역전시킨다. 반투명 보강막(23G)은 Au, AuCo 합금, Si, Ag 합금, SiOX, ZnS-SiOX, Au-SiO2 혼합물 및 Au-ZnS-SiO2 혼합물(여기서 x≤2) 중 적어도 하나를 함유하는 물질로 준비된다.
중간층(25)은 약 30 μm의 두께의 투명 물질층이며, 아크릴 산 계열의 UV 경화 수지, 폴리카보네이트 시트 또는 폴리오레핀 시트에 의해 형성된다. 중간층(25)은 광 빔(L)이 정보 기록층(23 또는 24) 중 하나에 수렴하는 경우 다른 정보 기록층(24 또는 23)의 온도 상승이 선정된 값 이상이 되지 않는 방식으로 광 빔(L)이 다른 정보 기록층(24 또는 23)에 충분히 집속되지 않도록 설정된다. 이를 위해 중간층(25)은 레이저 광 빔(L)을 수렴시키는 대물 렌즈의 개구수(NA)에 의해 제한되는 두께를 갖는다. 대물 렌즈(L)의 개구수(NA)가 증가하는 경우, 빔 스폿의 직경이 감소되어, 이러한 빔 직경의 감소에 의해 통상의 2층 광 디스크에 대한 기록을 어렵게 하고 12 인치 광 디스크에 대해 15 GB 정도인 기록 용량이 유지되는 경우 0.9 내지 0.8 정도의 개구수(NA)가 요구된다. 따라서, 중간층(25)은 30μm 정도의 막 두께로 설정되며, 이러한 막 두께는 상기 개구수(NA)의 크기 정도를 실현하는 데 충분하다.
지지 기판(22)과 마찬가지로 중간층(25)은 정보 기록층(24)의 측부에 크레스트 및 리세스의 패턴을 갖고 있다. 이러한 크레스트 및 리세스 패턴은 레이저 광 빔(L)을 위한 가이드 그루브를 구성한다.
정보 기록층(23)과 마찬가지로 정보 기록층(24)은 상변화 재료의 막을 갖고 있으며, 정보 기록층(23)보다 낮은 감도를 갖도록 설계된다. 즉, 정보 기록층(4) 은 반사층과 반투명 보강층이 생략된 점 외에는 지지 기판 측에 제공된 정보 기록층(23)과 유사하게 형성된다. 따라서, 정보 기록층(24)은 지지 기판(22) 측으로부터 제2 보강막(24B), 제2 결정화 촉진막(24C), 상변화 재료 막(24D), 제1 결정화 촉진막(24E) 및 제1 보강막(24F)을 연속적으로 형성함으로써 형성된다. 제2 보강막(24B), 제2 결정화 촉진막(24C), 상변화 재료막(24D), 제1 결정화 촉진막(24E) 및 제1 보강막(24F)은 제1 정보 기록층(23)의 해당 막과 유사하게 구성된다. 따라서, 정보 기록층(24)의 경우에서와 같이, 선속을 증가시키기 위해 빔 스폿의 크기를 감소시키는 경우에도 정보 기록층(24)에 원하는 정보를 신뢰성 있게 기록하고 기록된 정보를 재생할 수 있게 된다.
정보 기록층(24)을 위한 보호층을 구성하는 광 투과층(26)은 아크릴 산계 UV광 경화 수지, 폴리카보네이트 시트 또는 폴리오레핀 시트를 사용하여 형성된다. 광 투과층(26)은 10 내지 177μm의 두께로 형성되어, 0.8 내지 0.9 정도의 개구수(NA)를 가진 대물 렌즈를 통해 레이저 광 빔(L)을 조사할 때 왜곡이 충분히 감소될 수 있다.
한편, 정보 기록층(23, 24)은 선속을 증가시키기 위해 빔 스폿의 직경을 감소시키는 경우 원하는 정보 신호의 신뢰성있는 기록 및/또는 재생을 위해 도 1에 도시된 다층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 레이저 광 빔(L)의 선속이 낮은 경우, 전술한 바와 같이 결정화 촉진막(23C, 23E, 24C, 24E) 또는 보강막(23B, 23F, 24B, 24F)이 선택적으로 생략될 수 있다. 이러한 방식으로 정보 기록층(23, 24)의 구조가 단순화되는 경우, 선속을 증가시키기 위해 빔 스폿의 직경이 감소하 는 경우에도 지지 기판(22) 측에서 볼 때 바람직하게는 반사막, 보강막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 반투명 보강막을 연속 적층함으로써, 더 바람직하게는 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 반투명 보강막을 적층함으로써 원하는 정보를 신뢰성 있게 기록하거나 재생할 수 있다.
전술한 실시예들은 2개의 정보 기록층을 적층하여 광 디스크를 준비하지만, 본 발명은 이러한 구성에 제한되는 것이 아니며, 복수의 정보 기록층을 적층하여 광 디스크를 구성하는 것에 적용될 수 있다. 더욱이, 본 발명은 광 디스크 외에 다양한 광 정보 기록층에 널리 적용될 수 있다.
도 26은 광 디스크(21)를 액세스하기 위한 광 디스크 장치의 광 시스템을 나타내는 도면이다. 광 디스크 장치(30)는 레이저 다이오드(31)에서 방출된 레이저 광 빔(L)을 시준 렌즈(32)에 의해 평행화되고 비점 수차 보정판(33)에 의해 비점 수차가 보정된 광 빔으로 변환한다. 결과적인 광 빔은 편광 빔 스플리터(34)에 의해 반사되어 디스크(21)를 향하는 방향으로 레이저 광 빔의 광 경로가 휘게 된다. 광 디스크 장치(30)는 또한 1/4 파장판(35)에 의해 광 빔을 편광시켜 대물 렌즈(36)에 의해 광 디스크(21) 상에 편광된 광을 조사한다. 광 디스크 장치(30)는 광축을 따른 방향으로 광 디스크(21)를 이동시킴으로써 정보 기록층(23)에 레이저 광 빔(L)을 선택적으로 수렴시키거나 정보 기록층(23 또는 24)을 선택적으로 액세스한다.
광 디스크 장치(30)는 또한 광 빔의 조사시에 얻은 복귀 광을 대물 렌즈(36) 를 통해 수신한 다음, 대물 렌즈(36) 다음에 배치된 1/4 파장판(35)에 의해 복귀 광을 레이저 광 빔(L)에 직각으로 배치된 편광면에 대해 편광시킨다. 광 디스크 장치(30)는 또한 1/4 파장판(35)으로부터의 복귀광이 편광 빔 스플리터(34)를 통해 투과되고, 투과된 광 빔이 시준 렌즈(37)에 의해 수광 소자(38)의 수광면 상에 수렴하도록 한다.
광 디스크 장치(30)는 광 디스크(21)에 기록된 정보를 재생할 수 있도록 수광 소자(38)에 의한 수광 결과를 처리하기 위하여 레이저 다이오드(31)로부터 일정한 재생 광량의 레이저 광 빔을 방출시킨다. 재생을 위하여 광빔의 광량은 피트 스트링에 의해 원하는 정보를 기록하기 위하여 정보 기록층(23 또는 24)의 상변화 재료 막을 부분적으로 비결정화하거나 결정화하기 위해 미리 설정된 광량에서 단속적으로 증가한다.
전술한 실시예의 구성에서는 상변화 재료막은 결정화 촉진막에 의해 유지되고, 보강막, 반사막 및 반투명 보강막은 각각 지지 기판측 및 대향측에 배치되며, 이러한 막들의 재료는 빔 스폿의 크기의 감소 및 선속의 증가에도 불구하고 원하는 데이타를 확실히 기록하거나 재생할 수 있도록 적당히 선택되어, 덮어 쓰기가 가능하고 고밀도로 정보가 기록될 수 있는 정보 기록 매체를 구현하는 것이 가능해진다.
즉, Si, SiC, Ge, GeC, Sn, SnC, Al, AlC, Ga, GaC, In, InC, 이들의 염화물 및 산화물 중 적어도 하나를 함유하는 물질로 된 결정화 촉진막을 형성함으로써 상변화 재료를 쉽게 비결정화하는 것이 가능하다.
또한, ZnS, ZnS-SiO2, SiO2 및 MgF2 중 적어도 하나를 함유하는 물질로 보강막을 형성함으로써 비결정 부분과 결정 부분을 확실히 구별할 수 있게 된다.
SiOX, ZnS-SiO2, Au-SiO2 혼합물 및 Au-ZnS-SiO2 혼합물 중 적어도 하나를 함유하는 물질로 반투명 보강막을 형성함으로써 불충분한 소거를 확실히 방지할 수 있다.
또한, Al 합금 및 BiSb 중 하나를 함유하는 물질로 반사막을 형성함으로써 충분한 감도를 얻을 수 있다.
실시예
본 발명에 따른 다층 광 디스크의 특정 실시예가 아래에 설명된다.
실시예 1
입사측의 제1 정보 기록층은 도 27에 도시된 바와 같이 광 입사측에서 볼 때, ZnS-SiO2 혼합 유전체막(31), GeSbTe 상변화 재료막(32) 및 ZnS-SiO2 혼합 유전체막(33)으로 구성된 3층 구조이다. ZnS-SiO2 혼합 유전체막(31) 위에는 투광 보호막(34)이 형성되며, 적층 구조의 대향측 위에는 후에 설명되는 바와 같이 중간층(35)을 개재하여 제2 정보 기록층이 형성된다.
400 nm 파장을 위한 광학 상수는 ZnS-SiO2의 굴절률이 2.32이고, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 2.0-3.0i이며, 비결정상의 복소 굴절률이 3.0-2.0i이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 계산 결과, 광 입사측에서 볼 때, 110 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 8 nm의 GeSbTe 상변화 재료막 두께 및 100 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 결정의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정의 흡수율, 비결정상의 흡수율, 결정의 투과율 및 비결정상의 투과율은 각각 2.9%, 9.1%, 43.7%, 39.8%, 53.4% 및 51.1% 이었다.
제2 정보 기록층의 적층 구조는 도 5에 도시된 바와 같이 광 입사측에서 볼 때, Si 반투명막(41), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(42), GeSbTe 상변화 재료막(43), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(44), 및 Al 합금 반사막(45)으로 구성된 5층 구조이다. 이들 층은 지지 기판(46) 위에 형성되며, 그 위에 상기 제1 정보 기록층이 중간층(35)을 개재하여 적층된다.
400 nm 파장을 위한 광학 상수는 Si의 복소 굴절률이 4.96-0.48i, ZnS-SiO2의 굴절률이 2.32, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 2.0-3.0i, 비결정상의 복소 굴절률이 3.0-2.0i, Al 합금의 복소 굴절률이 0.59-4.43i이다.
이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 계산 결과, 8 nm의 Si 반투명막(41) 두께, 80 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 14 nm의 GeSbTe 상변화 재료막 두께, 30 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께 및 19 nm의 Al 합금 반사막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율 및 비결정상의 흡수율은 각각 6.8%, 28.0%, 69.0% 및 56.9%이었다.
400 nm의 파장, 0.85의 대물 렌즈 개구수(NA), 4 m/초의 선속 및 0.135 μm의 피트 길이로 기록 및/또는 재생이 가능하도록 스퍼터링에 의해 전술한 막 구조의 기록 매체가 형성되었다.
실시예 2
광 입사측의 제1 정보 기록층은 도 29에 도시된 바와 같이 광 입사측에서 볼 때 ZnS-SiO2 혼합 유전체막(51), Si3N4 유전체막(52), GeSbTe 상변화 재료막(53), Si3N4 유전체막(54) 및 ZnS-SiO2 혼합 유전체막(55)으로 구성된 5층 구조이다. ZnS-SiO2 혼합 유전체막(51) 위에는 투광 보호층(56)이 형성된다. 적층 구조의 대향측 위에는 후에 설명되는 바와 같이 중간막(57)을 개재하여 제2 정보 기록층이 형성된다.
400 nm 파장을 위한 광학 상수는 ZnS-SiO2의 굴절률이 2.32, Si3N4의 굴절률이 2.32, GeSbTe의 복소 굴절률이 2.0-3.0i, 비결정상(55)의 복소 굴절률이 3.0-2.0i이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 측정 결과, 광 입사측에서 볼 때, 100 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께, 8 nm의 상변화 재료막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께 및 90 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율, 비결정상의 흡수율, 결정상의 투과 율 및 비결정상의 투과율은 각각 2.9%, 9.1%, 43.7%, 39.8%, 53.4% 및 51.1%이었다.
제2 정보 기록층은 도 30에 도시된 바와 같이 광 입사측에서 볼 때 Si 반투명막(61), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(62), Si3N4 유전체막(63), GeSbTe 상변화 재료막(64), Si3N4 유전체막(65), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(66) 및 Al 합금 반사막(67)으로 이루어진 7층 구조이다. 이들 막은 지지 기판(68) 상에 형성된다. 제1 정보 기록층은 중간층(57)을 개재하여 제2 정보 기록층 위에 적층된다.
400 nm 파장을 위한 광학 상수는 Si의 복소 굴절률이 4.96-0.48i, ZnS-SiO2의 굴절률이 2.32, Si3N4의 굴절률이 2.32, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 2.0-3.0i, 비결정상(55)의 복소 굴절률이 3.0-2.0i, Al 합금의 복소 굴절률이 0.59-4.43i이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 측정 결과, 광 입사측에서 볼 때, 8 nm의 Si 반투명막 두께, 70 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께, 14 nm의 상변화 재료막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께, 20 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께 및 19 nm의 Al 합금 반사막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율, 및 비결정상의 흡수율은 각각 6.8%, 28.0%, 69.0% 및 56.9%이었다.
400 nm의 파장, 0.85의 대물 렌즈 개구수(NA), 8 m/초의 선속 및 0.135 μm 의 피트 길이로 기록 및/또는 재생을 할 수 있도록 스퍼터링에 의해 전술한 막 구조의 기록 매체가 형성되었다.
실시예 3
광 입사측의 제1 정보 기록층의 적층 구조는 상기 실시예 1에서와 같이 광 입사측에서 볼 때, ZnS-SiO2 혼합 유전체막, 상변화 재료막 및 ZnS-SiO2 혼합 유전체막으로 이루어진 3층 구조이다.
650 nm 파장을 위한 광학 상수는 ZnS-SiO2의 굴절률이 2.13, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 4.1-3.2i, 비결정상의 복소 굴절률이 3.8-1.6i 이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 계산 결과, 광입사측에서 볼 때, 60 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 5 nm의 GeSbTe 상변화 재료막 두께 및 170 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율, 비결정상의 흡수율, 결정상의 투과율 및 비결정상의 투과율은 각각 3.2%, 7.3%, 41.9%, 24.6%, 54.9% 및 68.1%이다.
제2 정보 기록층의 적층 구조는 도 31에 도시된 바와 같이 광 입사측에서 볼 때, Au 반투명막(71), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(72), GeSbTe 상변화 재료막(73), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(74) 및 Al 합금 반사막(75)으로 이루어진 5층 구조이다. 이 구조는 지지 기판(76) 위에 형성된다. 제1 정보 기록층은 중간층(77)을 개재하여 제2 정보 기록층 위에 적층된다.
650 nm 파장을 위한 광학 상수는 Au의 복소 굴절률이 0.19-3.5i, ZnS-SiO2의 굴절률이 2.13, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 4.1-3.2i, 비결정상의 복소 굴절률이 3.8-1.6i, Al 합금의 복소 굴절률이 1.7-6.0i이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 계산 결과, 광 입사측에서 볼 때, 10 nm의 Au 반투명막 두께, 95 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 50 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께 및 19 nm의 Al 합금 반사막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율 및 비결정상의 흡수율은 각각 9.8%, 30.8%, 73.2% 및 48.8%이다.
650 nm의 파장, 0.85의 대물 렌즈 개구수(NA), 4 m/초의 선속 및 0.22 μm의 피트 길이로 기록 및/또는 재생이 가능하도록 스퍼터링에 의해 전술한 막 구조의 기록 매체가 형성되었다.
실시예 4
광 입사측의 제1 정보 기록층은 실시예 2에서와 같이 광 입사측에서 볼 때 ZnS-SiO2 혼합 유전체막, Si3N4 유전체막, GeSbTe 상변화 재료막, Si3N4 유전체막 및 ZnS-SiO2 혼합 유전체막으로 구성된 5층 구조이다.
650 nm 파장을 위한 광학 상수는 ZnS-SiO2의 굴절률이 2.13, Si3N4의 굴절률이 2.32, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 4.1-3.2i, 비결정상의 복소 굴절률이 3.8- 1.6i이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 측정 결과, 광 입사측에서 볼 때, 50 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께, 5 nm의 상변화 재료막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께 및 160 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율, 비결정상의 흡수율, 결정상의 투과율 및 비결정상의 투과율은 각각 3.2%, 7.3%, 41.9%, 24.6%, 54.9% 및 68.1%이었다.
제2 정보 기록층은 도 32에서 알 수 있는 바와 같이, 광 입사측으로 부터 Au 반투명막(81), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(82), Si3N4 유전체막(83), GeSbTe 상변화 재료막(84), Si3N4 유전체막(85), ZnS-SiO2 혼합 유전체막(86) 및 Al 합금 반사막(87)으로 이루어진 7층 구조이다. 이들 막은 지지 기판(88) 상에 형성된다. 제1 정보 기록층은 중간층(89)을 개재하여 제2 정보 기록층 위에 적층된다.
650 nm 파장을 위한 광학 상수는 Au의 복소 굴절률이 0.19-3.5i, ZnS-SiO2의 굴절률은 2.13, Si3N4의 굴절률이 2.13, GeSbTe 결정의 복소 굴절률이 4.1-3.2i, 비결정상(55)의 복소 굴절률이 3.8-1.6i, Al 합금의 복소 굴절률이 1.7-6.0i이다. 이러한 값을 사용한 막 두께 구조의 측정 결과, 광 입사측에서 볼 때, 10 nm의 Au 반투명막 두께, 85 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께, 14 nm의 상변화 재료막 두께, 10 nm의 Si3N4 유전체막 두께, 40 nm의 ZnS-SiO2 혼합 유전체막 두께 및 19 nm의 Al 합금 반사막 두께에서 도 2에 도시된 조건을 만족시키는 해결책을 발견하였다. 특히, 결정상의 반사율, 비결정상의 반사율, 결정상의 흡수율, 및 비결정상의 흡수율은 각각 9.8%, 30.80%, 73.2% 및 48.8%이었다.
650 nm의 파장, 0.85의 대물 렌즈 개구수(NA), 10 m/초의 선속 및 0.22 μm의 피트 길이로 기록 및/또는 재생을 할 수 있도록 스퍼터링에 의해 전술한 막 구조의 기록 매체가 형성되었다.
실시예 5
본 실시예에서, 광 디스크(21)는 도 25에 도시된 바와 같이 중간층(25)을 개재하고, 정보 기록층(23, 24)을 적층함으로써 구성된다. 본 실시예에서, 지지 기판(22)은 1.2 ㎜ 두께의 석영 기판이고, 크레스트 및 리세스 패턴은 사출 성형에 의해 지지 기판과 하나로서 형성된다. 크레스트 및 리세스 패턴은 0.9 ㎛의 트랙 피치를 갖는 랜드/그루브 기록 가이드 그루브를 형성한다.
본 실시예에서, Al 합금으로 된 반사막(23A), ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제2 보강막(23C), GeSbTeN에 의한 상변화 재료(23D)의 막, SiN에 의한 제1 결정화 촉진막(23E), ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제1 보강막(23F) 및 Au-Co 합금에 의한 반투명 보강막(23G)이 정보 기록층(23)을 형성하기 위해 스퍼터링법에 의해 순차 형성된다. 이 정보 기록층(23)은 광빔에 균일하게 조사되어 초기 처리를 행하는 방법으로 상변화 재료(23D)의 막을 결정화시킨다.
각 막의 막 두께는 다음과 같다:
반사막(23A):20 ㎚
제2 보강막(23B): 45 ㎚
제2 결정화 촉진막(23C): 10 ㎚
상변화 재료(23D)막: 14 ㎚
제1 결정화 촉진막(23E): 10 ㎚
제1 보강막(23F): 85 ㎚
반투명 보강막(23G): 11 ㎚
그러면, UV 광 경화 수지에 기초한 아크릴 산을 스핀 코팅에 의해 코팅한 다음, 결과의 생성물은 UV 램프로 경화되어 30 ㎛ 두께의 중간층(25)을 형성한다. 이 때 크레스트 및 리세스 패턴은 2P 방법으로 형성되고, 이러한 패턴에 의해 정보 기록층(24)에 랜드 및 그루브를 형성하기 위한 가이드 그루브가 형성된다. 한편, 이러한 가이드 그루브는 0.9 ㎛ 트랙 피치로 형성된다.
중간층(25) 상에, ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제2 보강막(24C), GeSbTeN에 의한 상변화 재료(24D)의 막, SiN에 의한 제1 결정화 촉진막(24E), ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제1 보강막(24F)을 스퍼터링법에 의해 순차 형성한다.
각 막의 막 두께는 다음과 같다:
제2 보강막(24B): 110 ㎚
제2 결정화 촉진막(24C): 10 ㎚
상변화 재료(24D)막: 8 ㎚
제1 결정화 촉진막(24E): 10 ㎚
제1 보강막(24F): 100 ㎚
그러면, UV 광 경화 수지에 기초한 아크릴 산을 스핀 코팅에 의해 코팅한 다음, 결과의 생성물은 UV 램프로 경화되어 광 투과층(26)을 형성한다. 정보 기록층(24)은 레이저 빔에 의해 균일하게 조사되어 상변화 재료(24D)의 막을 결정화시킨다. 초기 처리를 행한다. 한편, 광 투과층(26)은 70 ㎛ 두께로 마련된다.
본 실시예에서, 광 디스크는 상술한 바와 같이 광 시스템에 의해 액세스되어 특성을 확인한다. 본 광학 시스템에서, 개구수 NA는 0.85이고, 광빔의 파장은 650 ㎚이다. 광 디스크(21) 상에, 소망하는 정보가 기록되고 0.23 ㎛의 피트 길이 및 10 m/s의 선속도로 재생된다. 트랙 피치가 0.9 ㎛이기 때문에 0.23 ㎛의 피트 길이 및 10 m/s의 선속도로서, 광 디스크의 직경이 12 ㎝이며 상하 정보 기록층(23, 24) 내에 16GB의 기록 용량이 획득될 수 있다.
본 실시예에서, 도 33에 도시된 바와 같이 구성된 광 디스크(90)는 상술한 광 디스크(21)와 비교하는 방법으로 액세스되어 그 특성을 확인한다.
현재의 광 디스크(90), Al 합금으로 된 반사막(93A), ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제2 보강막(93B), GeSbTeN에 의한 상변화 재료(93D)의 막 및 ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제1 보강막(23F)이 스퍼터링법에 의해 순차 형성되어 정보 기록층(23)을 형성하고, 이 정보 기록층(93)은 광빔의 조사에 의해 초기화된다.
한편, 광 디스크(21)의 것과 동일한 구조 및 재료로 된 중간층(95)이 마련되 고, Al 합금에 의한 반사막(93A), ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제2 보강막(93B), GeSbTeN에 의한 상변화 재료(93D)의 막, ZnS-SiO2 혼합물에 의한 제1 보강막(93F) 및 Au-Co 합금에 의한 반투명 보강막(23G)이 정보 기록층(23)을 형성하기 위해 스퍼터링법에 의해 순차 형성된다. 그러면, 광 디스크(21)의 광 투과층과 유사한 광 투과층(96)이 형성되고 초기화된다,
광 디스크(90)는 광 디스크(21)를 평가하는 것과 동일한 방법으로 평가된다. 0.23 ㎛의 피트 길이 및 10 m/s의 선속도로는 재기입이 곤란하고, 광 디스크(21)의 것과 거의 동일한 지터량으로 기록된 데이타가 4 m/s의 선속도로 재기록될 수 있으므로써 예를 들어 결정화 촉진막의 영향을 평가할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 광 디스크는, 정보 기록층이 다층이고, 정보 기록층의 두께 방향에 대응하는 3차원 방향으로도 기록 밀도가 증가함으로써 기록 용량을 증가시키게 된다. 또한, 본 발명에 따른 다층 광 디스크에서, 광 투과 보호층으로부터 원격지에 형성된 정보 기록층을 제외한 정보 기록층 중 적어도 하나가 상변화 재료로서 기록 재료를 갖는다. 그리하여, 본 발명의 다층 광 디스크는 정보를 반복하여 기록 및/또는 재생할 수 있게 하는 한편, 기록 및/또는 재생이 가능한 다수개 층을 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다층 광 디스크는 파장이 380 내지 450 ㎚인 광에 대해 광학적으로 최적화되기 때문에 거대 기록 용량을 실현시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (31)

  1. 투명층이 개재된 두개 이상의 정보 기록층이 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 기판 상에 적층되어 기록 유닛 형성하고, 상기 기록 유닛 상에 10 내지 177 ㎛ 두께의 광 투과 보호층이 형성되어, 상기 광 투과 보호층 측으로부터 광이 조사되어 정보 신호의 기록 및 재생 중 적어도 하나가 이루어지는 다층 광 디스크(multi-layerd optical disc)에 있어서,
    상기 광 투과 보호층으로부터 가장 먼 위치에 형성된 정보 기록층을 제외한 상기 정보 기록층 중 적어도 하나가 기록 재료로서 상변화 재료(phase change material)를 갖고,
    상기 광 투과 보호층에서부터 첫번째의 정보 기록층을 구성하는 상변화 재료의 결정 상태에서의 굴절율 nc1 및 흡광 계수 kc1, 및 비결정 상태에서의 굴절율 na1 및 흡광 계수 ka1은 (nc1/na1)≤12, (kc1/ka1)≤12 및 (kc1/ka1)≤5(nc1/na1) (단, kc1/ka1〈 1 및 nc1/na1〈 1인 경우는 제외)인 관계식을 만족시키는 다층 광 디스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상변화 재료는 Au, Al, Ag, Bi, Cu, Cr, Co, Cd, Ce, Cs, Dy, Fe, Ge, Gd, Ga, Hf, In, K, La, Li, Mn, Mo, Ni, Nb, Nd, Na, Os, Pd, Pr, Pb, Ru, Rh, Rb, Sn, Sb, Si, Sm, Sc, Se, Te, Ti, Tb, Ta, V, W, Y, Zn 및 Zr 중 적어도 하나를 포함하는 다층 광 디스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상변화 재료는 InSe계 칼코겐화물(chalcogenides), SbSE계 칼코겐화물, InSbSe계 칼코겐화물, GeSbTe계 칼코겐화물, GeSbTeSe계 칼코겐화물, AgInSbTe계 칼코겐화물, AgInSbSeTe계 칼코겐화물, GeSbTeN계 칼코겐화물 및 AgInSbTeN계 칼코겐화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료인 다층 광 디스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상변화 재료는 InSeN, InSeNO, InSeO, SbSeN, SbSeNO, SbSeO, InSbSeN, InSbSeNO, InSbSeO, GeSbTeSeN, GeSbTeSeNO, GeSbTeSeO, AgInSbSeTeN, AgInSbSeTeNO, AgInSbSeTeO, GeSbTeNO, GeSbTeO, AgInSbTeNO 및 AgInSbTeO로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 다층 광 디스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광투과 보호층에서부터 첫번째 정보 기록층을 구성하는 상기 상변화 재료의 결정 상태에서의 반사율은 5% 이상이고, 상기 결정 및 비결정 상태에서의 광 투과율은 40% 이상인 다층 광 디스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과 보호층에서부터 첫번째 정보 기록층을 구성하는 상기 상변화 재료의 비결정 상태의 반사율은 5% 이상이고, 상기 결정 및 비결정 상태에서의 광 투과율은 40% 이상인 다층 광 디스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과 보호층으로부터 두번째 정보 기록층을 구성하는 상기 기록 재료는 상변화 재료이고, 상기 상변화 재료의 결정 상태에서의 반사율은 10% 이상인 다층 광 디스크.
  8. 제7항에 있어서,
    광 투과 보호층으로부터 첫번째 정보 기록층을 구성하는 상변화 재료의 상기 결정 상태 및 비결정 상태 사이의 반사율은 1.5 이상이고, 상기 두번째 정보 기록층을 구성하는 상변화 재료의 결정 상태와 비결정 상태 사이의 반사율은 1.5 이상인 다층 광 디스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과 보호층으로부터 조사된 광의 파장은 380 내지 450 ㎚인 다층 광 디스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과 보호층으로부터 조사된 광의 파장은 630 내지 700 ㎚인 다층 광 디스크.
  11. 투명층을 개재한 두개 이상의 정보 기록층이 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 기판 상에 적층되어 기록 유닛이 형성되고, 상기 기록 유닛 상에 10 내지 177 ㎛ 두께의 광 투과 보호층이 형성되어, 상기 광 투과 보호층 측으로부터 광이 조사되어 정보 신호의 기록 및 재생 중 적어도 하나가 이루어지는 다층 광 디스크(multi-layerd optical disc)에 있어서,
    각 정보 기록층은 기록 재료로서 상변화 재료를 갖고, 및
    상기 기록 광 및 재생 광 중 적어도 하나가 상기 광 투과 보호층으로부터 가장 먼 위치의 두번째 기록층에 수렴된다면, 상기 광 투과 보호층의 첫번째 기록층에서의 기록 광 및 재생 광 중 적어도 하나의 통로 에리어에서 공존하는 정보 기록 트랙 및 비정보 기록 트랙이 있고, 상기 첫번째 기록층의 상기 상변화 기록 재료는 다음의 관계식:
    0.8 ≤ T1c/T1a ≤ 1.2
    70% ≥ T1c≥ 40%
    70% ≥ T1a≥ 40%
    Alc/A1a ≥ 1.0
    을 만족시키고, 여기서 T1c는 결정 상태에서 첫번째 기록층의 상변화 기록 재료의 광 투과율이고, A1c는 결정 상태에서 첫번째 기록층의 상변화 기록 재료에 의해 흡수된 광의 흡수율이며, T1a는 비결정 상태에서의 상변화 기록 재료의 광 투과율이고, A1a는 비결정 상태에서 상변화 기록 재료에 의해 흡수된 광의 흡수율인 다층 광 디스크.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 첫번째 기록층의 상변화 기록 재료의 두께 dr은 다음의 관계식:
    dr ≥ 5 ㎚
    exp(-4π·k1c·dr/λ)≥ 40%
    exp(-4π·k1a·dr/λ)≥ 40%
    을 만족시키고, 여기서 λ는 기록 및 재생 중 적어도 하나를 위한 레이저 광 파장인 다층 광 디스크.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 기록 파장 및 재생 파장 중 적어도 하나가 385 내지 450 ㎚이면, 상기 첫번째 기록층의 상변화 기록 재료는, 상기 첫번째 기록층의 반사율이 상기 첫번째 기록층의 상변화 기록 재료의 결정 상태에서보다 비결정 상태에서 더 큰 기록 모드를 갖는 다층 광 디스크.
  14. 제13항에 있어서,
    최외부 디스크면으로서 상기 광 투과층의 상기 기록 광 및 재생 광 중 적어도 하나에 대한 반사율이 2% 이하가 되도록 반사 방지막이 형성되는 다층 광 디스크.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반사 방지막은 기록 파장 및 재생 파장 중 적어도 하나에 투명하고 굴절율이 다른 유전체 박막으로 형성되는 다층 당 디스크.
  16. 투명 중간층을 개재하고 크레스트(crest) 및 리세스(recess) 패턴에 의한 가이드 그루브(guide groove)를 실장하는 다수의 정보 기록층이 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되고, 그 상부에 광 투과 보호층이 10 내지 177 ㎛ 두께로 적층되는 다층 광 디스크에 있어서,
    상기 정보 기록층은 InSe, SbSe 또는 SbTe 등의 이진 합금, InSbSe, GeSbTe 또는 InSbTe 등의 3진 합금, GeSbTeSe 또는 AgInSbTe 등의 4진 합금, AgInSbSeTe 등의 오진 합금, 이들 합금의 질화물 및 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 상변화 재료로 형성된 상변화 재료막을 갖고,
    결정화 촉진막(crystallization promoting film)과 보강막(enhancement film)은 적어도 상기 기판 상에 또는 상기 기판에 대향하는 상기 상변화 재료막 상에 형성되고,
    상기 기판에 가장 근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판쪽으로 가장 바깥쪽 면에 할당된 반사막을 갖고 또한 상기 기판에 대향하는 가장 바깥쪽 면에 할당된 반투명 보강막을 갖고,
    상기 결정화 촉진막은 Si, SiC, Ge, GeC, Sn, SnC, Al, AlC, Ga, GaC, In, InC, 염화물 및 이들의 산화물으로 형성된 다층 광 디스크.
  17. 투명 중간층을 개재하고 크레스트(crest) 및 리세스(recess) 패턴에 의한 가이드 그루브(guide groove)를 실장하는 다수의 정보 기록층이 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되고, 그 상부에 광 투과 보호층이 10 내지 177 ㎛ 두께로 적층되는 다층 광 디스크에 있어서,
    상기 정보 기록층은 InSe, SbSe 또는 SbTe 등의 이진 합금, InSbSe, GeSbTe 또는 InSbTe 등의 3진 합금, GeSbTeSe 또는 AgInSbTe 등의 4진 합금, AgInSbSeTe 등의 오진 합금, 질화물 및 이들 합금의 산화물 중 적어도 하나를 포함하고,
    결정화 촉진막과 보강막은 적어도 상기 기판 상에 또는 상기 기판에 대향하는 상기 상변화 재료막 상에 형성되고,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판쪽으로 가장 바깥쪽 면에 할당된 반사막을 갖고, 또한 상기 기판에 대향하는 가장 바깥쪽 면에 할당된 반투명 보강막을 갖고,
    상기 보강막은 ZnS, ZnS-SiO2, SiO2 및 MgF2 중 적어도 하나를 함유하는 재료로 형성되는 다층 광 디스크.
  18. 투명 중간층을 개재하고 크레스트(crest) 및 리세스(recess) 패턴에 의한 가이드 그루브(guide groove)를 실장하는 다수의 정보 기록층이 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되고, 그 상부에 광 투과 보호층이 10 내지 177 ㎛ 두께로 적층되는 다층 광 디스크에 있어서,
    상기 정보 기록층은 InSe, SbSe 또는 SbTe 등의 이진 합금, InSbSe, GeSbTe 또는 InSbTe 등의 3진 합금, GeSbTeSe 또는 AgInSbTe 등의 4진 합금, AgInSbSeTe 등의 오진 합금, 질화물 및 이들 합금의 산화물 중 적어도 하나를 포함하고,
    결정화 촉진막과 보강막이 적어도 상기 기판 상에 또는 상기 기판에 대향하는 상변화 재료막 상에 형성되고,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판쪽으로 가장바깥쪽면에 할당된 반사막을 갖고, 또한 상기 기판에 대향하여 가장 바깥쪽면에 할당된 반투명 보강막을 갖고,
    상기 반투명 보강막은 Au, AuCo 합금, Si, Ag 합금, SiOX, ZnS-SiOX, Au-SiO2 혼합물 및 Au-ZnS-SiO2 혼합물 (여기서, x≤2)중 적어도 하나를 함유하는 재료로 형성된 다층 광 디스크.
  19. 투명 중간층을 개재하고 크레스트(crest) 및 리세스(recess) 패턴에 의한 가이드 그루브(guide groove)를 실장하는 다수의 정보 기록층이 기판 상에 0.3 내지 1.2 ㎜ 두께로 적층되고, 그 상부에 광 투과 보호층이 10 내지 177 ㎛ 두께로 적층되는 다층 광 디스크에 있어서,
    상기 정보 기록층은 InSe, SbSe 또는 SbTe 등의 이진 합금, InSbSe, GeSbTe 또는 InSbTe 등의 3진 합금, GeSbTeSe 또는 AgInSbTe 등의 4진 합금, AgInSbSeTe 등의 오진 합금, 질화물 및 이들 합금의 산화물 중 적어도 하나를 포함하고,
    결정화 촉진막과 보강막은 적어도 상기 기판 상에 또는 상기 기판에 대향하는 상기 상변화 재료막 상에 형성되고,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판쪽으로 가장 바깥쪽면에 할당된 반사막을 갖고 또한 상기 기판에 대향하는 가장 바깥쪽면에 할당된 반투명 보강막을 갖고,
    상기 반사막은 Al 합금, BiSb 합금, Ag 합금, Au, Au 합금 중 하나를 함유하는 재료로 형성된 다층 광 디스크.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  28. 제16항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  29. 제17항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
  31. 제19항에 있어서,
    상기 기판에 최근접한 상기 정보 기록층은 상기 기판측으로부터 상기 반사막, 보강막, 결정화 촉진막, 상변화 재료막, 결정화 촉진막, 보강막 및 상기 반투명 보강막을 포함하는 순서로 적층되는 다층 광 디스크.
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