KR19980021729A - 광기록 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광기록 매체에 관한 것이다. 프리그루브(pregroove)를 가지는 기판과 상기 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 금속 박막 기록층, 완충층, 반사막층 및 보호막 층을 포함하는 광기록 매체에 있어서, 상기 프리그루브의 깊이가 50 내지 100㎚ 또는 150 내지 200㎚인 것을 특징으로 하는 광기록 매체는 기존의 CD와도 호환이 가능하고 가격이 비싼 유기색소를 소량 사용 또는 사용하지 않음으로서 저가격화가 가능하여 생산성이 높다.

Description

광기록 매체

본 발명은 광기록 매체에 관한 것으로서, 특히 CD와 호환이 가능하고 정보의 재생율이 뛰어나면서 제조비용이 저렴한 광기록 매체에 관한 것이다.

현재 널리 사용되고 있는 자기 기록 매체는 기록의 원리가 자기 매체 자성체의 자화 방향에 따라 정보를 기록하는 것이다. 이러한 자기 기록 매체로는 비디오 테이프, 오디오 테이프, 플로피 디스크 등을 들 수 있다.

그러나, 정보량이 증가되는 현재의 추세에 있어서, 종래의 자기 기록 매체에 비해 더욱 고밀도의 정보 기록이 가능한 광기록 매체가 등장하였다.

이러한 광기록 매체는 기록되어진 정보를 재생만 하는 재생 전용형(Read Only Memory;ROM)과 1회에 한하여 기록 가능한 추기형(Wtite Once Read Many: WORM) 및 기록후 소거 및 재기록 가능한 소거 가능형(Erasable)으로 구분되며, 본 발명은 추기형 광기록 매체에 관한 것이다.

정보가 기록되어 있는 광기록 매체는 기록 전후의 기록층의 물리적인 변화, 상변화 혹은 자기적 성질 변화 등에 기인한 기록부와 미기록부의 반사율의 변화로 기록된 정보를 재생하게 된다.

광기록 매체에 기록되어진 정보는 ROM형 매체의 기록재생기에서 재생될 수 있는데, 이때 통상적으로 65% 이상의 반사율과 47dB의 CNR(Carrior to Noise Ratio)을 만족하여야 정보의 재생이 가능하다.

따라서, CD와 호환 가능한 기록 매체로 사용되기 위해서는 고반사율, 고CNR 특성 이외에도 기록의 장기 보존성 등이 요구되며, 이러한 요구를 만족시키기 위하여 다양한 재료를 사용한 다양한 구조의 광기록 매체가 제안되어 일부는 실용화되고 있다.

도 1 내지 도 4는 종래의 광기록매체의 구조를 나타내는 개략적인 단면도들이다.

도 1에는 기판 (11)상에 젤라틴, 카제인 또는 PVA(Polyvinyl Alcohol)등으로 이루어진 증감층 (sensitizing layer, 12)과 그 위에 Cr, Ni, Au 등의 금속 박막 기록층 (13)이 적층되어 있는 구조의 기록 매체가 도시되어 있다(JP 제63-268142호). 상기 기록매체의 광기록의 원리는 금속박막이 레이저광의 열을 흡수하여 증감층과 금속박막이 변형됨으로써 기록 피트가 형성되는 것이다. 그러나, 이는 기록 피트가 노출되어 있어 기록의 장기보존이 어렵다는 단점이 있다.

도 2에는 기판 (21)상에 3층의 금속 박막 (22, 23, 24)이 적층되어 있는 기록 매체가 도시되어 있다(USP 제4,973,520호). 이는 기록 특성이 50dB 이상으로 좋으나, 역시 기록 피트가 외부로 노출되어 기록의 장기 보존이 어렵다는 단점이 있다.

도 3에는 기판 (31)상에 2층의 금속 박막 (32, 33)이 기록층으로 되어 있고, 그 위에 기록층을 보호하는 보호층(34)이 있는 기록매체가 도시되어 있다(USP 제4,983,440호). 그러나, 이는 반사율이 20%로 너무 낮아, 기존의 CD와 호환이 불가능하다는 단점이 있다.

도 4에는 기판 (41)상에 금속 박막 (42), 보호층 (43)이 적층된 기록 매체를 접착층 (44)을 사용하여 샌드위치형으로 만든 기록 매체가 도시되어 있다(USP 제5,039,558호 및 JP 제02-101652호). 그러나, 이 경우 금속 박막이 반사막층과 광흡수층의 역할을 동시에 수행하기 때문에 원리적으로 65% 이상의 고반사율을 갖지 못하는 단점이 있다.

도 5에는 기판 (51)상에 기록층으로서 유기색소층 (52)이 있고 그 위에 반사막층 (53)과 보호막층 (54)이 있는 기록 매체가 도시되어 있다(USP 제4,990,388호 및 USP 제5,155,723호). 이는 기록시 색소층에서 기록 레이저를 흡수, 발열하여 기판을 가열, 변형시킴으로써 기록 전후의 반사율 변화로 기록신호를 재생하게 되는데, 반사율이 70% 이상, 기록후 CNR이 47dB 이상으로 CD 호환가능하다. 그러나, 이 디스크의 기록층은 내열성 및 내광성이 약하고, 유기 색소의 가격이 매우 비싸다는 단점이 있다. 또한, 색소를 유기 용매에 녹여 스핀 코팅을 하여 광디스크를 제조하고 있는데, 반사율은 두께에 따라 크게 변하기 때문에, 광디스크의 제조시 ±3% 이하의 편차로 두께를 정밀히 제어하여야 하므로 고가의 설비를 사용하고 생산성이 낮은 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 CD와 호환가능하도록 65% 이상의 고반사율과 47dB 이상의 기록 신호를 가지고, 기록 안정성이 있고 제조비용이 저렴하여 생산성이 높은 새로운 추기형 광기록 매체를 제공하는 것이다.

도 1 내지 도 5는 종래의 광디스크의 구조를 나타내는 개략적인 단면도들이다.

도 6은 본 발명에 따른 광디스크의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 7은 기록부위와 미기록부위를 나타내는 도면이다.

도 8은 완충층의 두께변화에 따른 기록매체의 반사율 변화를 나타내는 그래프이다.

도 9는 기록 파워에 따른 CNR의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 10은 완충층의 두께에 따른 반사율의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 11은 기판의 골의 깊이에 따른 반사율의 변화를 나타내는 그래프이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10. 기판20. 금속 박막 기록층

30. 완충층40. 반사막층

50. 보호막층d1. 미기록 부위의 완충층 두께

d2. 기록 부위의 완충층 두께

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 프리그루브(pregroove)를 가지는 기판과 상기 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 금속 박막 기록층, 완충층, 반사막층 및 보호막층을 포함하는 광기록 매체에 있어서, 상기 프리그루브의 깊이가 50 내지 100㎚ 또는 150 내지 200㎚인 것을 특징으로 하는 광기록 매체가 제공된다.

이하, 본 발명의 원리를 상세히 설명하기로 한다.

레이저를 사용하여 광기록매체에 기록하는 경우, 집광된 레이저는 금속박막 기록층(20)을 가열하고 이 열은 기판(10)에 전달되어 기판(10)이 팽창, 변형하게 되며 그 힘에 의해 금속 박막(20)도 함께 변형되게 된다. 이때, 기록된 부분은 기판과 금속 박막의 변형으로 미기록 부위에 비해 다음과 같은 원리에 의해 반사율이 저하되게 되어 기록 부위와 미기록 부위의 반사율이 차이가 생겨 그 결과 기록을 재생하는 것이다.

첫째, 기록 부위에서 입사광의 분산에 의해 기록 부위의 반사율이 저하된다. 기록 레이저에 의해 기판 (10)과 금속 박막 (20)은 도 7에서와 같이 변형되며 기록 부위의 양 끝단에는 경사면이 있어 기록광이 금속박막의 경사면에서 분산되어, 입사광의 분산이 없는 미기록 부위에 비해 반사율이 저하된다.

둘째, 기록광이 조사되어 금속 박막 (20)이 빛을 흡수하고 흡수 부위가 국부적으로 가열되어 온도가 급격히 상승되는 경우, 금속 박막 (20)이 국부적으로 열분해되어 기록부위의 반사율이 저하된다. 이처럼 금속 박막 (20)이 열에 의해 손상되게 되면 금속 박막 (20)과 인접한 기판 (10) 및 완충층 (30)은 크게 변형되고 미기록부와 광경로차가 크게 생겨 반사율이 저하된다.

셋째, 기판 (10)과 금속 박막 (20)면에서 반사되는 반사광(a)과 완충층 (30)과 반사막 (40)으로부터 오는 반사광(c)과의 소멸간섭에 의해 기록부위의 반사율이 저하된다.

도 7에 의하면, 미기록 부위에서는 반사막으로부터 반사되는 반사광(b)과 금속박막으로부터 반사되는 반사광(c)이 간섭을 일으키고, 기록 부위는 반사막으로부터 반사되는 반사광(b)과 금속박막으로부터 반사되는 반사광(a)이 간섭을 일으킨다. 이때 기록부위는 레이저광에 의해 기판 및 금속 박막이 팽창하여 완충층 방향으로 부풀어 완충층의 두께가 d2로 작아지게 되므로 미기록 부위의 반사율과 차이가 나게 되는 것이다.

본 발명에서는 완충층 (30) 위에 반사막 (40)을 설치하고 반사막 (40)에서 반사되는 반사광(b)과 금속 박막 (20)에서 반사되는 반사광(c)이 보강간섭이 되도록 완충층의 두께를 조절함으로써 70% 이상의 고반사율이 되도록 한다. 이 때, 완충층에는 필요에 따라 색소를 첨가 또는 첨가하지 않음으로써 완충층의 굴절율을 조절하여 페브리-페로(Fabrry-Perot) 효과를 극대화시키는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 특징을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에 사용된 기판 (10)은 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 에폭시, 폴리에스테르, 무정형 폴리올레핀(APO) 등으로 제조 가능하며, 이들의 열변형 온도는 80∼200℃, 바람직하기로는 100∼200℃이다.

또한, 기판 (10)의 표면에는 50 내지 110㎚, 또는 150 내지 200㎚의 깊이를 가지는 골(Pregroove)이 있다. 이는 골의 깊이가 50㎚ 이하이면 완충층에 생기는 골의 깊이가 작아 랜드(land) 부위와 그루브(groove) 부위의 반사율 차이가 작아 트랙킹이 불안하게 되고, 반면에 골의 깊이가 110∼150㎚이면 래드 부위와 그루브 부위에서 반사되는 빛간의 소멸간섭이 발생하여 70% 이상의 높은 반사율을 얻을 수 없으며, 골의 깊이가 200㎚ 이상이면 완충층 및 반사막에 골이 크게 생겨, 높은 반사율을 얻기 어렵기 때문이다.

본 발명에 있어서, 상기 금속 박막 기록층 (20)은 기록 레이저를 흡수하여 발열하는 발열층 및 기록 전후의 콘트라스트를 보여주기 위한 부분 반사막 역할을 하므로, 우수한 흡수율과 반사율의 특성이 요구된다. 이에 필요한 물질의 광학특성으로 복소굴절율 중 허수부인 k값이 0.01이상인 것이 적당하며 0.01 이하이면 기록시 흡수가 작아지고, 따라서 기록부의 변형도 작아져서 기록감도가 좋지 않다.

금속 박막의 적절한 재료로는 Au, Al, Cr, Al/Ti, Cu, Cu/Al, Ni, Pt, Ag, Ta 등의 금속이거나 또는 이들의 합금이 바람직하다.

이들의 두께는 30∼300Å으로 투과율이 5∼95%, 흡수율이 5∼95% 정도가 적당하다. 두께가 300Å 이상이면 다음의 이유로 기록 신호가 작아진다. 첫째는 기록시 기판의 팽창이 금속 박막에 의해 방해되어 기록부위의 변형이 작아진다. 둘째는 금속 박막의 두께가 두꺼워질수록 기록시 완충층 두께변화에 의한 반사율 저하폭이 작아져 기록부위의 콘트라스트가 낮아진다. 또한, 두께가 두꺼우면 금속 박막 기록층에서 반사가 크므로 산란이 크게 일어나 고반사율을 얻기가 어렵다. 반면에, 두께가 30Å 이하이면 기록시 흡수에 의한 발열량이 작아져 기판의 변형이 어렵게 된다.

또한 금속 박막의 열전도도는 4W/㎝,℃ 이하가 적당하며 그 이상이면 레이저로 기록 가열시 가열된 박막에서 열이 집중되지 못하고 급속하게 주위로 전달되어 필요 온도 이상으로의 가열이 어렵고, 가열되더라도 기록 피트의 크기가 커져 옆의 트랙까지 변형될 가능성이 있다.

금속 박막의 열팽창은 선팽창계수로 3×10-8/℃ 이상이 적당하며 그 이하이면 기록시 기판의 변형에 의한 팽창으로 금속박막에 균열이 발생되어 균일한 기록신호값을 얻을 수 없다.

본 발명에 있어서, 완충층 (30)은 기판과 금속박막의 변형을 흡수하는 층으로 변형이 쉽게 이루어지며 적당한 유동성이 있는 유기물로 형성되는 것이 바람직하다. 이들의 열변형 온도는 60 내지 180℃가 적당하며, 기판의 열변형 온도보다 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 열변형 온도가 60℃ 이하이면 기록의 보존성이 저하되고 180℃ 이상이면 기판의 변형을 방해하여 기록 감도가 저하될 가능성이 있기 때문이다.

또한, 기록 감도를 향상시키기 위해서 기록시 사용되는 레이저를 흡수하여 발열가능한 유기색소를 완충층에 함께 사용하는 것도 가능하다. 이는 기록시 레이저의 빛을 흡수하여 가열됨으로써 기판과 금속박막의 변형을 쉽게 하여 기록감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 완충층은 유기용매에 녹여 스핀코팅함으로써 형성될 수 있으며 용매선정시 사용되는 기판에 손상을 주지 않고 완충층으로 사용되는 유기물을 쉽게 녹일 수 있는 용매를 사용해야 한다.

완충층의 두께는 도 8에서와 같이 미기록 부위의 반사율이 65% 이상이 되는 두께로 고정하고 그 두께는 50∼1000Å가 적당하다.

완충층의 적당한 재료로는 비닐알콜계 수지, 비닐아세테이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리스티렌계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 지방산계 수지 등이 있으며, 이들의 공중합체도 사용가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 반사막층 (40)은 Au, Al, Cu, Cr 등의 금속 또는 이들의 혼합물이 적당하며, 진공 증착 또는 스퍼터링함으로써 형성될 수 있다.

상기 반사막층은 그 두께가 50 내지 1500Å인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 보호막층 (50)은 그 역할이 기록매체를 보호하기 위한 것으로, 충격강도가 강하고 투명하며 자외선에 의해 경화가 가능한 물질인 에폭시계 또는 아크릴레이트계 수지를 그 재료로 사용하며, 스핀코팅방법으로 도포한 후 자외선으로 경화하여 제조한다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

깊이 170㎚, 폭 0.7㎛, 트랙 피치 1.6㎛의 프리그루브(Pregroove)를 갖고 있는 1.2㎜ 두께의 폴리카보네이트(PC) 기판위에 5㎚의 니켈 금속 박막을 진공증착하였다. 그 위에 분자량 25,000인 PMMA(Polymethylmethacrylate) 0.9ｇ을 DAA(Diacetone alcohol) 10㎖에 녹인 코팅 용액을 2000rpm으로 스핀 코팅하여 완충층을 만들었다. 이때 프리그루브 부위의 완충층 두께를 SEM으로 측정한 결과 약 220㎚이었다. 40℃의 진공 오븐에서 4시간 동안 건조시킨 후, 1000Å의 Al으로 진공증착하여 반사막을 제조하였다. 그 위에 에폭시아크릴레이트계 자외선 경화성 수지를 스핀 코팅한 후 경화시켜 디스크를 제조하였다.

상기 디스크를 780㎚의 레이저를 사용하는 평가설비를 이용하여 평가한 결과 도 10에서 알 수 있듯이 반사율 74%를 얻었다. 또한, 기록속도 1.3m/sec, 기록 파워 8mW, 720 kHz로 기록후 0.7mW 레이저로 기록재생할 때, CNR이 51dB였다(도 9 참조). 위 기록 조건에서 기록 파워 변화시 도 9에서와 같이 4mW 이상에서 47dB 이상의 기록신호 재생이 가능하였으며, 이 디스크를 파이오니어의 RPD-1000 CD 레코더에서 오디오 기록후, 필립스사의 CD 플레이어 마크 Ⅱ에서 재생하였고, CD-CATS로 기록 특성을 평가한 결과 전항목이 CD 규격을 만족하였다.

실시예 2∼7

상기 실시예 1에서 완충층의 두께를 변화시키기 위하여 코팅 용액의 농도를 0.7ｇ/10㎖(실시예 2), 0.8ｇ/10㎖(실시예 3), 1.0ｇ/10㎖(실시예 4), 1.1ｇ/10㎖(실시예 5), 1.2ｇ/10㎖(실시예 6), 1.3ｇ/10㎖(실시예 7)로 변화시켜 완충층의 두께가 각각 다른 디스크를 얻었고 그들의 골부위에서의 반사율의 변화는 도 10과 같았다. 이들을 CD-R 레코더로 기록 평가한 결과 실시예 2의 디스크만 제외하고 모두 기록 재생이 가능하였다.

실시예 8∼11

상기 실시예 1에서 기판을 골의 깊이가 95㎚(실시예8), 150㎚(실시예9), 160㎚(실시예10), 180(실시예11)인 것으로 대치하고 동일한 실험을 실시하여 그들의 반사율 및 CD-R 레코더에서의 기록 평가를 실시하였다. 이때 사용한 코팅 용액의 농도는 1.1ｇ/10㎖이었다. 반사율의 결과는 도 11에 나타내었다( - ). 도 11에서와 같이 디스크의 반사율은 모두 70% 이상으로 CD-R 레코더에 의해 기록 재생이 가능하였다.

비교예 1∼3

상기 실시예 1에서 기판을 골의 깊이가 130㎚(비교예1), 140㎚(비교예2), 220㎚(비교예3)인 것으로 대치하고 동일한 실험을 실시하여 그들의 반사율 및 CD-R 레코더에서의 기록 평가를 실시하였다. 이때 사용한 코팅 용액의 농도는 1.1ｇ/10㎖으로 그들의 결과는 도 11에 도시하였다( - ). 도 11에 나타난 바와 같이 디스크의 반사율이 70% 미만이었다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 광기록 매체는 기존의 CD와도 호환이 가능하고 가격이 비싼 유기색소를 소량 사용 또는 사용하지 않음으로써 제조비용을 줄일 수 있다.

Claims (15)

1. 프리그루브(pregroove)를 가지는 기판과 상기 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 금속 박막 기록층, 완충층, 반사막층 및 보호막층을 포함하는 광기록 매체에 있어서,

   상기 프리그루브의 깊이가 50 내지 100㎚ 또는 150 내지 200㎚인 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 무정형 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택되는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판과 금속 박막 기록층 및 완충층 중의 적어도 하나에 변형부분을 가지는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
4. 제1항에 있어서, 상기 기판과 금속 박막 기록층은 변형 부분을 가지며, 이 변형 부분에 대응하여 상기 완충층은 감소된 두께 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판과 금속 박막 기록층 및 완충층은 상호 대응하는 변형부분을 가지는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속 박막 기록층은 복소굴절 계수의 허수부분인 k 값이 0.01 이상인 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
7. 제1항에 있어서, 상기 금속 박막 기록층은 Au, Al, Cr, Ti, Cu, Ni, Pt, Ag, Ta 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
8. 제1항에 있어서, 상기 금속 박막 기록층은 두께가 30 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
9. 제1항에 있어서, 상기 완충층은 50 내지 1000Å 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
10. 제1항에 있어서, 상기 완충층은 비닐알콜계 수지, 비닐아세테이트계 수지, 아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리스티렌계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 지방산계 화합물 또는 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
11. 제1항에 있어서, 상기 완충층은 60 내지 180℃ 범위의 열변형 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
12. 제1항에 있어서, 상기 완충층은 30% 미만의 유기색소를 함유하는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
13. 제1항에 있어서, 상기 반사막층은 Au, Al, Cu, Cr로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
14. 제1항에 있어서, 상기 반사막층은 그 두께가 500 내지 1500Å인 것을 특징으로 하는 광기록 매체.
15. 제1항에 있어서, 상기 보호막층은 에폭시계 또는 아크릴레이트계 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 광기록 매체.