KR19980023230A

KR19980023230A - 추기형 광기록 매체

Info

Publication number: KR19980023230A
Application number: KR1019960042678A
Authority: KR
Inventors: 허영재; 남태영
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-07-06

Abstract

본 발명은 추기형 광기록 매체에 관한 것이다. 그루브 및 랜드가 형성되어 있는 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 형성되어 있고, 적어도 두 종류 이상의 유기색소 및 색소 분해 억제제를 함유하며, 광을 흡수하여 발열하는 기록층, 상기 기록층 상에 형성되어 있으며, 광을 반사하는 반사층 및 상기 반사층 상에 형성되어 있는 보호층을 포함하는 본 발명의 추기형 광기록 매체는 내광성이 우수할 뿐만 아니라 고속에서 기록 및 재생이 용이하다.

Description

추기형 광기록 매체

본 발명은 추기형 광기록 매체에 관한 것으로서, 상세하게는 내광성이 우수할 뿐만 아니라, 고속에서 기록 및 재생이 용이한 추기형 광기록 매체에 관한 것이다.

최근 정보화 및 멀티미디어화 환경이 급속히 구축됨에 따라 컴팩트디스크와 호환성을 갖는 기록 매체의 수요가 급증하고 있다. 특히, CD-R(Compact Disk-Recordable)과 같은 1회에 한하여 기록 가능한 추기(Write Once Read Many: WORM)형 광기록 매체에 대한 관심이 집중되고 있다.

CD-R은 사용자가 정보를 직접 기록할 수 있을 뿐만 아니라, CD-ROM과의 호환성이 있다는 장점이 있어서 그 수요가 급증하고 있다. 특히, 최근에는 정보의 대용량화에 따라 고속 기록의 필요성이 크게 대두되고 있다. 이러한 추세에 따라 CD-R의 기록 속도도 기존의 1배 속도(155kbps)(이하 1X)에서 2배속(2X), 4배속(4X), 6배속(6X), 8배속(8X)으로 증가시키고자 하는 노력이 활발히 진행되고 있다.

CD-R은 기판(1) 위에 유기색소를 주성분으로 하는 기록층(2), 반사막(3) 및 보호층(4)이 형성되어 있는 것이 일반적이다(도 1). 이러한 CD-R에 있어서, 반사막의 재질은 기존의 알루미늄 대신 금이 이용되고 있다. 또한, 기판에는 추가 기록이 가능하도록 기록광을 안내하는 안내골(Wobble groove)이 형성되어 있다.

이러한 기록 매체의 기록 및 재생 원리는 다음과 같다.

주성분이 색소로 이루어져 있는 기록층에 광이 조사되면, 색소가 광을 흡수 발열하여 온도가 상승한다. 색소층의 온도 상승으로 인하여, 색소층과 인접한 기판이 열 변형됨과 동시에 일부 색소가 용융분해되며, 기판과 색소의 계면에서는 색소와 기판 재질의 혼합이 일어난다. 이에 따라, 기판과 기록층의 계면에서는 기판의 열변형에 의한 범프(bump), 기록층에서는 색소의 분해에 의한 피트(pit), 기록층과 반사막의 계면에서는 색소의 분해에 의해 발생된 기체에 의한 버블(bubble)이 형성됨으로써, 광의 위상차가 변하여 미기록부에 비하여 반사율이 크게 저하되어 신호가 기록된다. 이러한 변형은 CD에서 반사율 저하를 일으키는 피트와 동일한 역할을 하므로, 기록된 정보는 기존의 컴팩트 디스크 플레이어에서도 재생이 가능하게 된다.

한편, 이러한 CD-R은 재생시 ROM형 매체의 기록 재생기(Compact Disc Player)에서 재생 가능한 특성(CD 호환성)이 요구된다. 이를 위하여 광기록 매체는 레드북(Red Book)의 표준화 규정에 따라 65% 이상의 반사율과 47dB 이상의 CNR(Carrier to Noise Ratio)이 요구된다. 이 경우, 반사율이 65% 이상인 CD-R의 제조에는 많은 기술적인 요구 사항이 있으며, 특히 적정 색소의 선정, 적절한 형태의 안내골 설계, 기록층의 적정 두께 설계 기술 등이 복합적으로 요구된다. 이중, 기록층은 반사율에 결정적 변수로 작용하는 것으로서, 스핀 코팅 방식을 통하여 형성되는 것이 일반적이다. 스핀 코팅시 용매로 가장 많이 이용되는 유기 용매는 메틸셀로솔브, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논, 테트라플루오로프로판올 등이 있다.

기록층용 색소는 CD 기록기의 광원인 780nm 파장에서 높은 흡수를 나타내는 근적외선 흡수 색소가 일반적으로 사용되며, 특히 복소굴절율의 n값이 1.8 내지 3.2, k값이 0.04 내지 0.12인 인돌레닌(Indolenine)계 시아닌 색소가 널리 사용되고 있다(일본 특개평 03-66042). 이중, 화학식 1로 표시되는 1,1'-디부틸-3,3,3',3'-테트라메틸-4,5,4',5'-디벤조이도디카르보시아닌 퍼클로레이트(이하 D-1이라 칭함)가 널리 사용되고 있다.

한편, 정보 처리의 고속화에 따라 CD 플레이어도 기존의 1배속용으로부터 고속(2X, 4X, 6X, 8X)용으로의 수요가 증가하면서, 저속뿐만 아니라 고속에서도 기록 및 재생이 가능한 광기록 매체의 개발이 요구되고 있다.

그러나, 색소 D-1은 높은 기록 파워에서는 기록 감도가 우수하여 1배속 기록용으로는 적합하지만, 낮은 기록 파워에서는 기록 감도가 좋지 않아 고속 기록용으로는 부적합하다. 소정 온도 이상에서는 다량이 분해되어 기록이 잘 이루어지지만, 기록 파워가 낮아서 온도가 낮을 경우 색소의 열분해 정도가 적기 때문이다. 즉, CD-R은 1배속에서 4 내지 8mW의 비교적 높은 파워로 기록하므로 기록 감도가 낮더라도 큰 문제가 없으나, 고속 기록용 플레이를 이용할 경우에는 실제적인 기록 파워가 작아지는 문제점이 발생한다. 예를 들면, 4배속 CD-R의 경우 기록 속도는 4배이지만 기록 파워는 10 내지 14mW로서, 실제적으로 기록에 이용되는 에너지는 1배속에 비해 1/2 수준이다. 따라서, 낮은 기록 파워에서도 기록 감도가 우수할 수 있도록 적절한 색소가 요구되는데, 색소 D-1은 이러한 요구가 부응하지 못하고 있다.

또한, 색소 D-1을 이용하는 경우 고배속에서는 트래킹 에러 발생의 문제점이 있다. 기록 및 재생 속도가 클수록 증가하는 트랭킹 에러 발생 가능성을 줄이기 위하여 랜드와 그루브의 반사율 차이(radial contrast)가 클 필요가 있는데, 상술한 색소만을 이용하면 반사율 차이가 작다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 색소의 내광성 향상을 위하여 첨가되는 색소 분해 억제제는 빛을 일부 흡수하기 때문에, 다량의 색소 분해 억제제를 첨가하는 경우 반사율을 크게 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 해결하여 내광성이 우수할 뿐만 아니라, 고속에서 기록 및 재생이 용이하게 이루어질 수 있는 추기형 광기록 매체를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적으로 사용되는 추기형 광기록 매체에 대한 개략적인 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1.기판2.기록막

3.반사막4.보호층

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 그루브 및 랜드가 형성되어 있는 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 형성되어 있고, 유기색소 및 색소 분해 억제제를 함유하며, 광을 흡수하여 발열하는 기록층, 상기 기록층 상에 형성되어 있으며, 광을 반사하는 반사층 및 상기 반사층 상에 형성되어 있는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체에 있어서, 상기 유기색소는 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 색소 분해 억제제는 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체가 제공된다.

[화학식 1]

특히, 상기 유기색소와 색소 분해 억제제(quencher)의 중량비는 1:0.05 내지 1:0.5가 바람직하다.

또한, 상기 색소 분해 억제제는 화학식 5 또는 6으로 표시되는 화합물을 더 포함할 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 광기록 매체에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서, 기판(1)은 레이저에 대하여 투명성을 유지하며 우수한 충격 강도를 갖는 재료로 이루어진 것이다. 이러한 특성을 만족하는 재질로는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 비정질 폴리올레핀 등이 있다. 또한, 기판 표면에는 기록 또는 재생시 입사 레이저 광을 안내하기 위한 그루브가 형성되어 있다.

본 발명에 있어서, 기록층(2)은 상기 화학식 1로 표시되는 유기색소(D-1) 및 유기색소의 내광성을 향상시키기 위하여 첨가되는 색소 분해 억제제(화학식 4, 이하 Q-1)를 기본 조성으로하며, 기록 감도 및 반사율 향상을 위하여 열에 의한 분해도가 큰 물질을 포함한다. 열에 의한 분해도가 큰 물질로는 D-1과 기본 구조가 유사한 계열의 시아닌 색소가 적합하다. 균일한 두께의 기록층을 형성하기 위하여 D-1 색소와 상용성이 있으며, D-1 색소와 혼합 사용할 때에도 두께 조절이 비교적 용이하도록 780nm 파장대에서 복소 굴절율의 실수부인 n값이 유사할 필요가 있기 때문이다. 이러한 특성을 만족하는 유기색소로는 화학식 2(이하, D-2) 또는 화학식 3(이하, D-3)으로 표시되는 물질이 있다.

표 1에는 본 발명에서 이용하는 유기색소의 각종 특성이 나타나 있다. 표 1을 참조하여, 유기색소의 조성에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. D-1은 복소 굴절율의 허수부가 비교적 높은 값이므로 기록광에 대한 흡수도가 매우 커서 얇은 두께의 기록막으로도 높은 온도를 얻는 것이 가능하지만, 열분해되는 양은 적어서 열분해에 의한 기록 신호 형성에는 효과적이지 못하다.

반면, D-2는 기록광에 대한 흡수도는 적지만 분해되는 양이 매우 크기 때문에, 동일한 열량을 이용하는 경우 D-1에 비해 기록 신호 형성에 매우 효과적이다. 이러한 특성을 고려하여, 본 발명에 따른 기록층은 기록시 광을 흡수하여 발열시키기 위한 발열체로서 D-1을 기본적으로 포함하고, 발열된 상태에서 분해가 쉽게 일어나는 D-2를 포함한다. 그러므로, 본 발명의 광기록 매체는 낮은 기록 파워에서도 높은 기록 감도를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 기록층은 D-3 색소를 더 포함할 수 있다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, D-3은 분해 및 복소 굴절율이 D-1과 D-2의 중간으로서, D-1과 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하기로는, D-1 및 D-2와 혼합하여 사용할 경우 기록층의 두께 조절, 기판 설계 등이 용이하다. 이 경우, D-1과 나머지 유기색소의 중량비는 1:0.1 내지 1:2.0인 것이 바람직하다. 또한, D-2와 D-3의 중량비는 1:0 내지 1:3이 바람직하다.

색소 분해 억제제는 유기색소의 내광성을 향상시키는 작용을 하는 것으로서, Q-1 이외에도 화학식 5로 표시되는 화합물(이하, Q-2)을 더 포함할 수 있다. Q-1은 열적 안정성이 커서 다량 첨가되는 경우 기록 특성을 떨어뜨릴 수 있기 때문에, 열분해가 비교적 잘 일어나는 Q-2를 첨가하여 기록 특성을 향상시키기 위한 것이다.

또한, 화학식 Q-2는 용해도가 좋지 않다는 문제점이 있기 때문에, 용해도가 우수하고 780nm 파장대에서 흡수가 거의 없는 화학식 6의 화합물(이하, Q-3)을 더 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 있어서, 색소 분해 억제제인 Q-2와 Q-3 각각의 함유량은 Q-1에 대하여 200중량% 이내가 바람직하다. Q-2는 용해도가 좋지 않아서 그 함유량이 200중량%를 초과할 경우, 불용 입자가 증가하여 BER(Bit Error Rate)이 증가하는 문제점이 있기 때문이다. 또한, Q-3은 반사율 향상 효과에는 효과적이지만, 다량 첨가되는 경우 내광성을 떨어뜨리는 문제점이 있기 때문이다.

기록층의 형성은 일반적인 코팅 방법으로 이루어질 수 있다. 원하는 유기색소와 산소 분해 억제제를 유기 용매에 용해시킨 다음, 기판(1) 위에 스핀 코팅하는 것이 바람직하다. 바람직한 유기 용매는 디아세톤, 4-히드록시-4-메틸-2-펜타논 등이 있다.

본 발명에 있어서, 유기색소와 색소 분해 억제제의 중량비는 1:0.05 내지 1:0.5가 바람직하다. 색소 분해 억제제가 상기 범위 미만이면 충분한 내광성 향상 효과가 미미하기 때문이다. 반면, 상기 범위를 초과하면, 색소가 광을 흡수 발열하여 기록되는 메카니즘이 원활하게 이루어지기 어려울 뿐만 아니라, 색소 분해 억제제는 용해도가 상대적으로 높지 않아서 도포 과정에서 입자로 석출되거나 기록층 표면이 불균일할 수 있기 때문이다.

구 분	용융 온도(℃)	분해 온도(℃)	중량 감소율^*(%)	복소 굴절율	λ_max(nm)
구 분	용융 온도(℃)	분해 온도(℃)	중량 감소율^*(%)	n	λ_max(nm)	k
유기색소	D-1	166	264	27	2.7	0.13	681
	D-2	226	241	61	2.6	0.03	638
	D-3	188	263	38	2.7	0.08	662
색소분해억제제	Q-1	200	290	20	-	-	1090
	Q-2	180	280	25	-	-	883
	Q-3	178	170	65	-	-	437

* 중량 감소율: 분해 온도에서 분해된 물질의 양(중량%)

반사막(3)은 금, 알루미늄, 은, 구리/알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 금이 바람직하다. 반사막의 두께는 700∼2000Å이 바람직하다. 또한, 그 형성 방법은 전자빔법 또는 스퍼터링법과 같은 통상적인 방법이 이용될 수 있다.

또 다른 구성 요소인 보호막(4)은 광기록 매체의 다른 구성 요소를 보호하기 위한 것으로서, 충격강도가 크고 투명하며 자외선에 의해 경화 가능한 물질로 이루어진다. 이러한 물질의 바람직한 예로는 에폭시계 또는 아크릴레이트계 자외선 경화성 수지가 있으며, 5 내지 20㎛정도의 두께가 바람직하다. 또한, 보호막의 형성은 상기 물질을 반사막(3) 위에 스핀 코팅한 다음, 자외선으로 경화시킴으로써 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 특징을 구체적으로 설명하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

깊이 180nm, 폭 400nm인 안내골(Wobble groove)이 형성되어 있는 1.2mm 두께의 폴리카보네이트 기판을 준비하였다. 스핀코터를 이용하여, 유기색소로서 D-1(4.0g), D-2(1.0g) 및 D-3(1.0g), 및 색소 분해 억제제로서 Q-1(0.5g), Q-2(0.5g) 및 Q-3(0.5g)이 디아세톤알콜/부탄올 혼합용매(85/15 부피비) 100㎖에 용해되어 있는 용액을, 안내골이 형성되어 있는 표면 위에 50rpm으로 5초간, 1500rpm으로 15초간, 4000rpm으로 30초간 회전시키는 조건으로 도포한 다음, 건조시켜 기록층을 형성하였다. 스퍼터링 공정을 이용하여, 기록층 위에 금 반사막을 100nm 두께로 형성하였다. 마지막으로, 자외선 경화성 수지(EX-704, 일본 다이니폰잉크케미컬사)를 반사막 위에 스핀 고팅한 다음, 경화시키는 과정을 거쳐 10㎛ 두께의 보호막을 형성하여 광디스크를 제조하였다.

제조된 광디스크를 아펙스(APEX)사의 CD-R 테스터기를 이용하여 내광성 실험(크세논 램프, 0.5kW, 48시간 처리) 전후의 반사율, CNR, BER, 내광성 및 반사율 차이를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타냈다. 평가시 기록 및 재생 조건은 기록 파워 11mW, 기록 속도 4.8m/초, 기록 신호 3T, 재생 파워 0.7mW, 재생 속도 4.8m/초로 하였다.

실시예 2-4

표 2에 나타난 바와 같이 기록층 조성을 본 발명의 범위 내에서 달리하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 광디스크를 제조하였다. 제조된 광디스크에 대하여, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 각종 성능을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타냈다.

비교예 1-6

표 2에 나타난 바와 같이 기록층 조성을 본 발명의 범위 내에서 벗어나게 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 광디스크를 제조하였다. 제조된 광디스크에 대하여, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 각종 성능을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타냈다.

구 분	기 록 층 조 성(g/100㎖)	반사율¹(%)	CNR(dB)	BER(10^-4)	내광성²	반사율 차이³
구 분	D-1	반사율¹(%)	CNR(dB)	BER(10^-4)	내광성²	반사율 차이³	D-2	D-3	Q-1	Q-2	Q-3
실시예	1	3.5	1.0	1.0	0.5	0.5	0.5	70	64	2.3	◎	19
	2	4.0	1.5	-	1.0	0.5	-	69	63	3.9	◎	17
	3	4.0	1.5	-	1.5	-	-	71	64	3.0	◎	19
	4	4.0	1.5	1.5	1.0	-	1.0	72	64	2.6	○	20
비교예	1	5.5	-	-	-	-	-	63	57	1.6	×	2.5
	2	5.0	-	-	1.0	-	-	62	56	1.9	△	2.0
	3	1.5	4.0	-	1.5	0.5	-	75	48	28.9	◎	23
	4	1.0	1.0	3.5	1.0	0.5	1.0	72	50	5.3	◎	22
	5	3.5	1.0	1.0	0.5	1.5	-	71	63	86.9	◎	19
	6	3.5	1.0	1.0	0.5	-	1.5	75	63	2.3	×	25

단,1 반사율은 그루브에 대한 것임

2 내광성: 0.5kW 크세논 램프를 48시간 동안 조사한 다음, 조사 전후의 반사율 변화를 측정하여 아래와 같은 기준으로 판단

◎: 매우 우수(반사율 변화 3% 이내)

○: 우수(반사율 변화 5% 이내)

△: 보통(반사율 변화 10% 이내)

×: 불량(반사율 변화 10% 이상)

3 반사율 차이: 기록 전, 후 그루브에서의 반사율 차이

실시예 및 비교예를 비교 분석하면, 본 발명에 따라 제조되는 광디스크는 반사율, CNR, BER, 내광성 및 반사율 차이 등에서 양호한 특성을 갖는다. 비교예에 따라 제조된 광디스크는 측정한 특성중 적어도 하나 이상이 좋지 않았다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 광기록 매체는 CD 호환성이 있고 내광성이 우수할 뿐만 아니라, 고속에서 기록이 가능하다. 따라서, 고배속 CD 플레이어를 이용하여 정보를 기록/재생하는데 적합하다.

Claims

그루브 및 랜드가 형성되어 있는 투명 기판;

상기 투명 기판 상에 형성되어 있고, 유기색소 및 색소 분해 억제제를 함유하며, 광을 흡수하여 발열하는 기록층;

상기 기록층 상에 형성되어 있으며, 광을 반사하는 반사층; 및

상기 반사층 상에 형성되어 있는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체에 있어서,

상기 유기색소는 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 색소 분해 억제제는 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]
제1항에 있어서, 상기 유기색소와 색소 분해 억제제의 중량비는 1:0.05 내지 1:0.5인 것을 특징으로 추기형 광기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 화학식 3으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나와 화학식 1로 표시되는 화합물의 중량비는 0.1:1 내지 2.0:1인 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체,
제1항에 있어서, 상기 화학식 2와 3으로 표시되는 화합물의 중량비는 1:0 내지 1:3인 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 색소 분해 억제제는 화학식 5로 표시되는 화합물 및 화학식 6으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.

[화학식 5]

[화학식 6]
제5항에 있어서, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 상기 화학식 4로 표시되는 화합물에 대하여 200중량% 이하인 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.
제5항에 있어서, 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 상기 화학식 4로 표시되는 화합물에 대하여 200중량% 이하인 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 반사막은 금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 반사막은 700 내지 2000Å인 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 보호층은 아크릴계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 보호층은 5 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 추기형 광기록 매체.