KR20010007502A - 광학 기록 매체, 및 광학 기록 매체를 이용하는 기록및/또는 재생 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

광학 기록 매체는 광자 모드에서 선형 기록을 할 수 있다. 광 조사시 분자 배향이 변화하고 복굴절을 보이는 유기 물질이 기록 물질로 사용된다. 예를 들어, 트랜스-시스 전위(trans-cis rearrangement)에 의해 분자 배향이 변화하는 유기 물질을 기록 물질로 하는 기록층은 유기 물질의 분자 배향의 변화에 따라 복굴절율이 변화된다. 유기 물질의 분자 배향의 변화를 이용하는 기록 시스템은 선형 특성을 가지며, 예컨대 배향의 정도 또는 각도에 따라 상이한 출력을 제공하므로, 다치(multi-value) 기록이 가능하다.

Description

광학 기록 매체, 및 광학 기록 매체를 이용하는 기록 및/또는 재생 방법 및 장치{OPTICAL RECORDING MEDIUM AND RECORDING AND/OR REPRODUCING METHOD AND APPARATUS EMPLOYING THE OPTICAL RECORDING MEDIUM}
본 발명은 유기 물질의 분자 배향의 변화에 의해 야기된 복굴절의 변화를 이용하여 정보 신호를 기록 및/또는 재생을 하기 위한 신규한 광학 기록 매체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기록 및/또는 재생 방법과 이런 광학 기록 매체를 사용하는 장치에 관한 것이다.
지금까지, 상변화 기록 막의 경우와 같이, 피트(pits) 또는 염료 물질의 크레스트(crests)/리세스(recesses)에 의한 위상차 변조, 비정질상과 결정상 간의 반사율 차이 변조, 또는 광 자기 케르(Kerr) 효과에 의한 편향의 검출이 광 디스크에 대한 기록 및/또는 재생 원리로서 알려져 있다.
기록가능한 광 디스크에 이용되는 기록 시스템은 열 기록이며, 기록 막의 상태 변화가 임의의 임계 온도에서 야기되어 그 변화를 기록한다는 기본 개념을 고려할 수 있다. 이 경우에서 기록 및/또는 재생 신호는 비선형성을 가지며 디지털 이진 신호를 기록하는데 적합하다.
포톤 모드(photon mode)로 알려진 광색성 물질(photochromic material)를 사용하는 광학 기록 시스템이 또한 알려져 있다. 이 시스템은 기록 후에 저장 안정성, 판독 안정성, 및 반복 사용에 대향하는 지속성에 있어서 많은 결점을 가지며, 이들 문제점을 극복하는 해결책은 아직 알려지지 않았다.
한편, 광학 기록 분야에서의 최근의 경향은 광원의 파장이 짧아지며 대물 렌즈의 개구수(NA)가 보다 높아지는 것이다. 따라서, 청자주색 광원 및 개구수 NA=0.85인 대물렌즈를 조합함으로써 12 cm의 지름을 갖는 광 디스크로 20GB 만큼의 대 기록 용량을 얻을 수 있다. 그러나, 이는 소위 파-필드(far-field) 광 시스템에 의한 기록 및/또는 재생이 그 이론적인 제한에 접근하는 것을 나타낸다고 알려져 있다.
이러한 한계를 극복하기 위한 방법들 중에는 선형 기록 및/또는 재생이 가능한 기록 물질을 사용하여 다치 기록을 실현하는 방법이 있다.
그러나, 지금까지 상용화된 열 기록은 다치 기록을 구현하는데 어려움이 있는 비선형 기록 시스템이다.
이러한 점에서, 상변화 기록 물질 또는 광 자기 기록 물질로서 사용되는 금속계 물질와 같은, 열 기록 시스템의 기록 물질은 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 선형 기록 및/또는 재생을 달성할 수 있는 신규한 광학 기록 매체, 및 상기 신규한 광학 기록 매체를 사용하는 기록 및/또는 재생 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적 달성을 위하여, 본 발명의 발명자들은 오랫동안 다양한 연구를 행하였고, 그 결과, 광 조사에 의해 변화되는 분자 배향을 갖고 이에 의해 복굴절을 나타내는 유기 물질을 기록 물질로서 사용함으로써 신규한 광학 기록 시스템을 구성할 수 있다는 결론에 도달하게 되었다.
이런 발견을 기초로 하여 완성된 본 발명은 편향 광의 조사에 의해 분자 배향이 변화하는 유기 물질을 포함하는 기록층을 갖는 광학 기록 매체를 제공한다.
본 발명은 기록 물질로서 유기 물질을 포함하는 기록층에 편광을 조사하고, 그 분자 배향을 변화시킴으로써 정보 신호를 기록하고, 분자 배향의 변화에 의해 야기된 복굴절 변화를 입사광의 편향 상태에서의 변화로 하여 판독하는 기록 및/또는 재생 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 편광의 조사에 의해 분자 배향이 변화하는 유기 물질을 함유한 기록층을 포함하는 광학 기록 매체를 기록 매체로서 이용하는 기록 및/또는 재생 장치를 제공한다. 상기 장치는 상기 기록층 상에 기록 광으로서 미리 설정된 편광을 조사하기 위한 기록 광학 시스템, 및 상기 기록층 상에 입사된 재생 광의 편광 상태를 검출하기 위한 재생 광학 시스템을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기본 개념은 광 조사에 의해 분자 배향이 변화하여 복굴절을 나타내는 유기 물질이 기록 물질로서 이용된다는 것이다.
유기 물질의 분자 배향의 변화를 이용하는 기록 시스템은, 배향 정도 또는 각도에 따라 서로 다른 출력이 구해지도록 선형성을 나타내며, 따라서 다치의 기록이 가능하게 된다.
본 발명에 따르면, 종래 시스템과 전체적으로 상이한 광학 기록 시스템을 구성할 수 있게 된다.
본 발명의 특이한 효과로서, 자기 광학 디스크를 통해 보다 큰 재생 신호를 생성할 수 있으며, 조사된 광의 양에 비례하는 신호가 얻어져서, 예를 들어 다치 기록과의 조합에 의해 선형 기록 및/또는 재생 및 고밀도 기록을 보장한다. 고 품질 트랜스크립션 기록 및 삭제는 유기 물질에 의해 가능하게 된다. 유기 물질은 스피닝 방법에 의해 코팅함으로써 준비될 수 있으므로, 제조 비용이 상당히 감소될 수 있다. 또한, 기록막의 배향 방향 및 트랙 방향에 대한 극 방향 간의 조합을 선택함으로써 시스템 요건을 충족시킬 수 있도록 신호 레벨을 변경할 수 있다. 더욱이, 극 방향을 변경시킴으로써 동일 파장을 이용하여 판독 및 기록을 수행할 수 있다.
도 1은 트랜스-시스 전위 상태를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명을 적용한 광학 디스크의 예시적인 구조를 도시하는 개략적 사시도.
도 3은 초기 상태 (랜덤 상태) 및 배향 상태를 도시하는 개략적 평면도.
도 4는 기록 및/또는 재생 광학 시스템의 예를 도시하는 개략도.
도 5는 기록 및/또는 재생 광학 시스템의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 6은 기록 및/또는 재생 광학 시스템의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 7은 기록 및/또는 재생 광학 시스템의 또 다른 예를 도시하는 개략도.
도 8은 유기 박막의 두께 및 검출 광량 간의 관계를 도시하는 그래프.
도 9는 유전체 박막의 두께 및 검출 광량 간의 관계를 도시하는 그래프.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 광 디스크
2 : 기판
3 : 기록 물질층
4 : 반사층
5 : 보호층
11 : λ/4 판
이제, 도면을 참조하여, 본 발명의 광학 기록 매체, 기록 및/또는 재생 시스템 및 기록 및/또는 재생 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명할 것이다.
먼저, 본 발명에서의 기록 및/또는 재생 원리가 설명된다.
광이 조사될 때, 분자 배향이 변경화되어 복굴절을 나타내는 물질은 이미 공지되어 있다.
예를 들어, 아조벤젠 유도체(azobenzene derivative)를 실리레이팅(silylating)할 때 얻어진 액정 물질은, 편광 자외선으로 조사될 때, 분자 축이 기판 표면에 수직인 방향으로 배열되는 호메오트라픽 배향(homeotropic orientation)에서 분자 축이 기판 표면에 평행하게 배열된 호메오지니어스 배향으로 변화하여, 복굴절성을 나타낸다. 이는 아웃 오브 플랜 배향(out-of-plane orientation)으로 명명된다.
사이드 체인에 아조벤젠을 갖는 메타크릴레이트 폴리머(methacrylate polymer)는 액정 위치가 기판에 평행하게 배향되어 있으며, 이는 사이드-온(side-on) 타입으로 명명된다. 직선 편광 가시광이 조사될 때, 이러한 물질은 편광 방향에 대해 우측 각으로 회전되는 분자를 가지고 있어, 이 물질은 호모지니어스 배향 방향을 변화시키면서 복굴절성을 양호하게 나타낸다.
이들 물질은, 아조벤젠의 트랜스형(trans-form) 및 시스형(cis-form) 이성화반응(isomerization reaction)이 광에 의해 유도된다.
도 1은 트랜스형과 시스형에 대한 이성화 반응을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기에서는, 일례로서 광 반응성을 갖는 측쇄(a side chain)(발색단, chromophore)와 광 안정성을 갖는는 측쇄(메소겐, mesogon)를 갖는 유기 물질을 채용하고 있다.
발색단 A와 메소겐 B는 각각이 아조벤젠 부분을 가지며 이하의 화학식 1과 2에서 일례로 나타낸 화학 구조를 가지는 측쇄이다.
상기 이성화 반응에서, 직선 편광의 조사에 의해 발색단 A는 트랜스형 A-1에서 시스형 A-2로의 이성화 반응이 일어난다. 아조벤젠을 가지고 있는 경우, 트랜스형 A-1은 안정 상태에 있고, 직선 편광으로 조사시에는 트랜스-시스 이성화 반응이 일어나며, 그 후에 트랜스형으로 복원된다는 것에 유의한다.
시스-트랜스 이성화에 의해 생긴 흡수 스펙트럼의 변화를 이용하여 기록을 행하는 것을 생각해볼 수 있지만, 기록 상태의 안정성 및 가역성에서 부딪히는 문제점들로 인해 실제로 광기록 매체를 구현하는데는 여러가지 문제점이 있게 된다.
따라서, 본 발명은 분자 배향의 변화에 수반한 복굴절을 이용하여 기록 및/또는 재생을 행하게 된다.
이하, 아조벤젠 유도체의 광에 의한 배향과 그에 수반한 복굴절의 변화 메카니즘에 대해서 설명한다.
먼저, 광 입사 이전에는, 트랜스형 아조벤젠이 열적으로 보다 안정된 상태에 있다. 이와 같이, 트랜스형은 우세하다. 게다가, 트랜스형은 자유 체적(free volumn)가 더 작기 때문에 회전에 덜 민감하며 보다 안정적이다. 이것은 광학 기록에 이용되는 경우 아조벤젠이 판독 안정성이 더 높다는 것을 의미한다.
아조벤젠에 광이 입사되면, 광 이성화 반응이 일어나 아조벤젠은 광의 전계에 의한 배향이 이루어진다.
구체적으로, 편광이 아조벤젠 분자에 평행한 전계 성분을 가지면, 아조벤젠은 광을 흡수하여 시스형으로 변환된다. 이 상태는 불안정하여 아조벤젠은 즉시 트랜스형으로 복원된다. 그러나, 광이 연속하여 입사되면, 추가적인 여기가 일어나 공진이 발생하여 시스형의 상태를 유지하게 된다. 시스형으로 되어 있을 때는, 자유 부피가 변하여 회전의 영향을 받기 쉽다. 반면에, 아조벤젠은 그 분자에 수직한 전계 성분에는 반응하지 않기 때문에, 분자가 직선 입사 편광에 수직한 방향으로 배향되어 있는 상태가 궁극적으로는 안정 상태를 나타낸다. 따라서, 아조벤젠은 이 상태로 배향된다.
배향된 아조벤젠 분자는 액정의 성질을 나타내기 때문에, 분자축 방향으로 복굴절이 강하게 나타낸다. 따라서, 배향 상태가 달라짐에 따라 굴절율이 크게 변하게 된다.
반면에, 측쇄(메소겐)가 고분자 물질안으로 유입되는 경우, 광 이성화 반응을 일으키는 아조벤젠(발색단)을 안정화시킨다는 면에서 볼 때, 아조벤젠(발색단)의 안정성이 개선된다. 메소겐은 발색단인 아조벤젠과 결합되고, 이와 함께 이동되어 발색단과 유사하게 배향되어 안정화된다. 배향된 상태에서의 안정성은 종래의 광발색성 물질에서보다 상당히 더 높다는 것에 주의한다.
본 발명은 이 원리를 광학 기록 매체의 기록 및/또는 재생의 원리로서 이용한다.
도 2는 상기한 기록 및/또는 재생 원리를 채용한 광 디스크의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다.
이 광 디스크에 기판(2)의 측면으로부터 기록광 또는 재생광이 조사되어 기록 및/또는 재생을 하게 된다. 이 광 디스크(1)에서, 기록 물질층(3), 반사층(4) 및 보호층(5)이 기판(2) 상에 순차 형성된다.
기판(2)은 폴리카보네이트(PC)나 비정질 폴리올레핀(APO) 등의 물질을 사출성형으로 형성되고, 트래킹을 위한 안내홈 또는 어드레스 피트 등의 피트가 그 표면상에 형성된다.
안내홈 또는 피트를 갖는 기판을 제조하는 다른 방법으로는 소위 2P법을 사용할 수도 있다. 상기한 패턴이 유리 기판 등의 평평한기판상에 자외선 경화 수지에 의해 형성될 수도 있다.
기록 물질층(3)을 형성하기 위해, 유기 용제에 용해된 기록 물질이 한방울씩 기판(2)에 공급된다. 보통, 기록 물질은 기판(2)의 신호 영역상에 균일하게 코팅되도록 스핀 코팅법에 의해 고속으로 분산시킨다. 기록 물질을 용해하는 유기 용제가 기판(2)에 영향을 미치는 경우, 기판 표면은 스핀 공정이전에 유기 용제에 불용성 물질에 의해 표면처리될 수도 있다.
기록 물질은 광이 조사되면 분자 배향이 변화하여 복굴절을 나타내는 유기 물질이다. 예를 들면, 액정 특성을 나타내고 아조벤젠 유도체가 발색단 및 메소겐으로서 측쇄에 들어 있는 고분자 물질을 이용한다.
용제를 건조시키고 나서 반사층(4)이 증착 또는 스퍼터링시에 형성된다. 최종적으로 광 디스크를 형성하기 위해, 자외선 경화성 수지로 형성된 보호층(5)이 코팅되어 반사층(4)을 예를 들면 산화로부터 보호하게 된다.
코팅 두께는 이하의 개념에 근거하여 설정된다.
즉, 기록 물질이 완전히 배향된 상태에서의 복굴절이 △n이면, 최대 변조율은 △n × (기록 물질층의 두께 t) = λ(재생광의 파장)/4일 때 달성된다. 단, △n = ne- no, ne및 no는 각각 특별한 광의 굴절율과 통상의 광의 굴절율을 나타낸다. 그러나 이 값은 반사층(4)과 기판(2)간의 다중 간섭을 고려하지 않은 것이다. 따라서, 실제로 변조율은 상기 값으로부터 약간 벗어난 막 두께에서 최대로 된다. 반면에, 투과광을 검출하는 시스템에서, 광검출 시스템이 그 사이에 광 디스크를 두고 서로 마주하게 배치되어 있는 경우, 변조율은 막 두께가 λ/2△n일 때 최대로 된다. 따라서, 기록 물질층(3)의 두께가 λ/2△n 이하이면 충분하다. 그러나, 막 두께가 0일 경우 기록이 불가능하기 때문에, 기록 물질층(3)의 두께는 0 ＜ t ≤λ/2△n이 되도록 해야 한다.
기록 및/또는 재생을 고려할 때, 기록 및/또는 재생 광학 시스템은 기록 물질층(3)의 기록에 앞서, 배향 상태가 랜덤으로 되는지 또는 원주 상태로 배치된 안내 홈을 따라 균일한 배향 상태로 설정되는지 따라서 상이하다.
도 3을 참조할 때, 화살표로 지시된 바와 같이 코팅후의 직접적인 분자 배열은 일정하지 않고 랜덤하다(도 3a). 만일 반대로 중앙 트랙(인접 그루브 G 사이에 정의된 평면 영역)상에서만 선형 분극 광이 조사된다면, 분자들은 트랙 방향으로 배향된다(도 3b). 완성된 배향을 얻을 때까지 중간 상태가 계속되어서, 이 상태는 조사된 광의 가변 부피에 의해 단계별로 제어될 수 있다. 중간 상태에, 이성화n을 가정해서, 신호 출력은 상응하는 중간 값을 가정하여, 다치의 기록을 실현할 수 있다.
기록용으로 사용된 배향 상태에는, 다양한 조합을 이용할 수 있다. 예를 들어, 랜덤 상태(배향되지 않은 상태)는 0으로, 완전히 배향된 상태는 1으로 하는 변조 시스템, 또는 완전한 배향 상태를 유지하면서 배향 각을 복조하는 시스템이 있을 수 있다.
다치의 기록의 경우, 2개의 시스템 즉, 배향 정도를 변조하는 시스템과 배향 정도는 변화시키지 않은 채 배향 각을 변화하는 시스템이 사용될 수 있다.
기록 시스템에 따라 상이한 다양한 광학 시스템이 사용될 필요가 있다.
그래서, 본 발명에서 채택한 기록 및/또는 재생 장치에서의 광학 시스템의 구조가 하기에 설명된다.
도 4 내지 6은 기본적인 광학 시스템의 구조를 도시한 것이다. 이들 광학 시스템은 기본적으로, CD 또는 DVD용 광학 시스템에서와 같이 많은 공통점을 갖고 있다. 즉, 레이저 다이오드 LD로부터의 광이 시준기에 의해 평행 광 빔으로 변환되며, 이 때의 평행 광 빔은 빔 스플리터 BS를 거쳐, 대물 렌즈 L로 입사된다. 광 디스크(1)의 투명 기판을 통해 전파되어 신호면에 의해 반사된 광은 빔 스플리터 BS에 의해 반사되어서, 비점수차법에 의한 포커싱 탐지용의 광검출기 PD에 입사된다. 광검출기 PD는 기본적으로 HF 신호를 탐지하여, 에러 신호를 포커싱하거나 에러 신호를 추적한다. 이 광학 시스템은 복굴절을 검출하기 위한 편광 시스템이라는 점에서 CD나 DVD용 광학 시스템과 다르다.
특히, 도 4에 도시된 광학 시스템은 랜덤 상태의 신호량과 배향 상태의 신호량의 차를 검출하는데 사용된다. λ/4 판(11)은 최대 변조율을 얻기 위해 삽입되고, 신호 재생시에 원형 편광이 광 디스크(1)에 조사된다. 최대 변조율은 재생광이 광학 디스크에 의해 반사될 때, 복굴절의 축들 각각 간의 위상차가 π로 되도록 기록 물질층(3)의 막 두께가 정해질 때 달성된다. 이 경우 기록 물질층이 배향된다면, 광 디스크는 λ/4 판 + 반사막으로서 동작한다.
이러한 구성에 있어서, 광 스폿 내의 분자 배향이 랜덤한 경우, 광 디스크(1)는 단순히 반사막으로서 동작하기 때문에, 반사광은 이전과 같이 원형 편광으로서 반사된다. 광이 다시 λ/4 판(11)을 통과하면, 입사광에 수직한 선 편광 상태로 되어, 신호 검출용 광검출기 PD에 의해 반사된다. 광 스폿 내의 분자들이 배향되어 있다면, 광 디스크는 λ/4 판 + 반사막으로서 동작하여, 반사광이 입사광의 편광 상태와 반대 방향을 갖는 원형 편광이 되도록 하고, 이 광이 다시 λ/4 판(11)을 통과하면, 입사광의 편광 상태와 같은 방향의 선 편광이 되어 신호 검출용 광검출기에 도달할 수 없게 된다. 배향 각도는 임의적이더라도, 광 디스크 내에서 통일될 필요가 있다. 광 디스크의 복굴절이 π보다 작은 위상차를 주는 막 구조, 예를 들면, 그러한 기록 물질층의 박막 두께의 경우, 다시 λ/4 판(11)을 통과한 후의 편광은 타원 또는 원형 편광이어서, 그 결과 광검출기에 재입사되는 광량이 감소된다. 배향이 중간 상태인 경우에도 이와 마찬가지이다. 그러나, 이 경우에는, 검출 광량이 복수개의 단계들로 변조되어 다치 0기록을 구현할 수 있다.
기록 및 소거는 다음과 같이 수행된다. 초기 상태는 랜덤 상태이므로, 이 상태는 소거 상태로 가정한다. 기록시, 직선 편광이 조사되어 기록 물질층의 분자를 배향시킨다. 재소거의 경우, 원형 편광이 입사되게 함으로써 랜덤한 배향이 실현될 수 있다. 그러므로, 광학 시스템은 직선 편광 및 원형 편광이 도 4에 도시된 바와 같이 입사되도록 설계된다. 도 4에 도시된 광학 시스템에서, λ/4 판(11)이 삽입되거나 제거되면, 이와 매칭되면서 직선 또는 원형 편광으로 고속으로 변조하기 위해 동일한 기능을 갖는 변조 소자가 사용되어 오버라이팅이 가능해진다. 사용된 변조 소자는 예를 들어 액정 소자를 사용함으로써 광의 위상을 전기적으로 변화시킬 수 있는 소자일 수도 있다.
도 4에서는, 기록 시스템용의 광학 시스템이 재생 시스템용의 광학 시스템으로부터 개별적으로 도시되어 있다. 그러나, 실제로, 기록 및 재생 시스템용으로 동일한 광 픽업이 공통으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 기록 광 파장이 재생 광 파장과 상이한 경우에도, 레이저 커플러에 의해 2개의 광 빔을 동일한 광 경로로 안내하고 각각의 광학 성분을 2개의 파장과 연관시킴으로써 하나의 광 픽업에 의해 기록 및/또는 재생할 수 있다.
기록 및/또는 재생에 사용되는 레이저의 파장은 400 내지 780 nm이다. 예를 들어, 기록용 레이저는 GaN 반도체 레이저와 같은 단파장 레이저이며, 400 nm의 파장으로 설계될 수 있다. 재생용 레이저는 파장이 650 nm 또는 780 nm인 GaAs 반도체 레이저와 같은 장파장 레이저이며 현재 DVD 또는 CD에 사용된다.
광 파장은 기록 물질층의 파장 특성을 충족시킬 때 적절히 선택될 수 있다. 이 경우, 재생용으로는 흡수성이 낮은 파장이 사용되는 것이 바람직하지만, 기록용으로는 어느 정도의 흡수성이 필요하다. 동일한 파장을 갖는 기록 및/또는 재생시에, 사용된 파장의 흡수율을 적절히 선택하여 기록 및/또는 재생시 광 강도를 변화시킨다.
소거 및 기록이 랜덤한 상태 및 배향 상태에 각각 대응하는 광학 변조 시스템의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 재생 광학 시스템이 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 광학 시스템은 λ/4 판(11)보다 작은 도 4의 광학 시스템에 대응한다. 광 디스크(1)는 직선 편광으로 조사된다.
이 경우, 기록을 위한 배향은 재생 편광면에 대해 45。 기울어져 있다. 즉, 기록 편광면은 재생 편광면에 대해 45。 회전된다.
이와 같이 설정하면, 소거 상태에서는 재생광의 편광면이 반사 시에 회전되지 않아 광 검출기에 도달하지 않게 된다. 기록 상태에서는, 광 디스크(1)는 반사면에 λ/4 판을 더한 것과 동일하므로, 편광면은 90。 회전한다. 그러므로, 반사 광이 광 검출기 PD에 도입되어 검출된다.
이 경우, 기록 및 재생시에 동일한 광 픽업을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는, 편광면을 회전하는 기구와 직선 편광을 원형 편광으로 변화시키는 기구를 포함한 변조 소자를 사용할 필요가 있다. 이러한 소자는 상기 예에서와 같이 액정을 사용하여 광의 위상을 전기적으로 변화시킬 수 있다.
다치 기록은 도 4의 경우에서와 같이, 배향 정도를 변화시킴으로써 실현될 수 있다. 다치 기록은 또한 배향각을 재생광의 편광면에 대해 0。와 45。의 중간 각으로 설정함으로써 실현될 수 있으며, 배향 정도는 동일하다. 중간각의 경우, 편광은 타원 또는 원형으로 편광된 광이며, 검출된 광량은 편광 빔 스플리터 PBS를 횡단하는 편광된 광에 의해 중간 상태에 있다. 배향 정도와 배향각은 동시에 변화될 수 있다.
도 6은 기록 및 재생이 완전히 배향된 상태에서 달성되는 광학 시스템의 일례를 도시한 것이다. 최대 변조는 소거 상태에서 배향각을 0。로 설정하고 기록 상태에서 재생광의 평면에 대해 45。로 각각 설정함으로써 달성될 수 있다. 즉, 배향 방향이 재생광의 편광면에 대해 0。이면, 검출광의 편광은 입사광의 편광과 동일하여 광 검출기 PD에 도달하지 않는다. 배향 방향이 재생광의 편광면에 대해 45도인 경우, 광 디스크는 λ/4 판 + 반사막으로 작용한다. 따라서, 검출광의 편광면은 재생광의 편광면에 대해 90도 회전되어 검출광이 광검출기 PD에 모두 입사된다. 배향의 방향이 0도와 45도 사이의 중간인 경우, 검출광은 각각 도 5에 도시된 광학 시스템의 경우에서와 같이 타원형 또는 원형으로 편광된 광이며, 따라서 다가 기록을 실현할 수 있는 중간 출력이 얻어진다.
도 6에 도시된 광학 시스템에서는 기록 및 소거를 위해 직선 편광된 광이 사용된다. 특히, 기록 및 소거는 편광면이 회전하는 소자를 사용하여 실시된다. 본 실시예에서는 λ/2 판(12)가 사용되지만, 도 4 및 5에 도시된 광학 시스템의 경우에서와 같이 고속 변조 소자를 사용하여 겹쳐 쓰기를 실시할 수 있다.
광학 시스템은 다음과 같이 구성될 수도 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 광학 시스템에서 최대 변조는 광 디스크가 다중 반사 효과를 포함하여 λ/4 판 + 반사막으로 작용할 때에 달성된다. 그러나, 기록 물질층의 두께를 감소시키고자 하는 경우, 복굴절 Δn은 증가되어야 한다. 역으로, 복굴절 Δn이 작은 경우에는 광 디스크가 λ/4 판 + 반사막으로 작용할 때의 기록 물질층의 막 두께는 더 두꺼워지고 이것은 경우에 따라 초점 깊이보다 더 두껍다.
기록 물질층 두께의 감소에도 불구하고 충분한 변조율을 얻기 위하여 다음의 광학 시스템이 사용될 수 있다.
먼저, 광 디스크(1)는 λ/8 판 + 반사막으로 작용하도록 설정된다. 이것은 광 디스크가 λ/4 판 + 반사막으로 작용할 때의 1/2의 막 두께로 달성할 수 있다.
기록 및 소거는 도 6에 도시된 경우에서와 같이 배향각이 변조되도록 분자들을 완전히 배향시킨다. 그러나, 이 경우 배향각은 0 내지 90도로 변조된다.
검출 광학 시스템에서, λ/8 판(13)은 그 축이 도 7에 도시된 바와 같이 배향축과 정렬되도록 설정된다.
이러한 설정에 의해, 배향이 90도인 경우, λ/8 판(13)이 조정되면, 대물 렌즈는 λ/8 판 + λ/8 판 + 반사막이 되고, 입사된 직선 편광은 90도 회전하여 광 검출기 PD에 입사된다. 배향이 0도인 경우, 대물 렌즈는 λ/8 판 - λ/8 판 + 반사막이 되며, 따라서 반사막으로서의 기능이 없어지고, 입사된 직선 편광은 회전하지도 광검출기 PD로 입사되지도 않는다.
이러한 방식으로 도 6과 유사한 신호가 얻어진다. 각도가 0도와 90도의 중간인 경우, 검출광은 중간 레벨이고, 따라서 다치 기록이 가능해진다.
상술한 광 디스크 및 편광 광학 시스템에 의해 기록이 종래의 상변화 물질 또는 광자기 기록 물질에서와 같이 열 모드 기록이 아니라 광자기 모드 기록인 기록 및/또는 재생 시스템이 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 신호 검출용 복굴절 유기 박막(기록 물질층)에서의 통상의 광과 특별한 광의 굴절율 차이를 이용하며, 특정 광학 시스템 실시예에서 지적된 바와 같이 대물 렌즈가 λ/4 판 + 반사막으로 작용하는 경우와 대물렌즈가 λ/8 판 + 반사막으로 작용하는 경우에 대응하여 반사광의 위상이 통상의 광의 입사 광축 및 특별한 광의 입사 광축에 대해 π 또는 π/2 만큼 편이된 때 얻어진다. 이것은 반사막이 λ/4Δn 및 λ/8Δ의 막두께를 갖는 유기 박막에 인접하게 제공된 때 달성된다. 그러나, 복굴절이 지속되는 경우, 반사율은 크게 달라지며, 따라서 다중 간섭의 효과는 유전체막이 유기 박막에 인접 형성된 경우에 통상의 광과 특별한 광 사이에 서로 다르다.
이것은 더 얇은 유기 박막 두께로 최대 변조율을 달성할 수 있는 광 디스크를 제공하는 데 이용될 수 있다.
즉, 다중 간섭의 효과는 다음과 같이 가시화될 수 있다.
먼저, 입사광은 직선 편광된 광이고, 편광 판이 검출 광학 시스템 내에 배치되어, 투과 편광축이 입사 편광면에 직각(크로스 니콜 어레이)으로 되어 검출 광이 관측된다(도 5의 검출 광학 시스템 참조).
유전체막이 제공되지 않은 유기 박막 + 반사막의 구성의 경우의 반사 광량이 도 8에 도시되어 있다.
여기서, 통상의 광의 굴절율, 특별한 광의 굴절율 및 소멸 계수는 각각 1.5, 2.0 및 0.04로 설정되며, 유기 박막의 막 두께는 횡축에 그 변화를 지시하도록 표시된다. 한편, 광의 파장은 633nm이다.
유기 박막의 막 두께가 0일 때에는 자연적으로 특별한 광의 축으로부터의 반사광의 위상 편이가 없으며, 따라서 검출광이 부족하다. 유기 박막의 막 두께가 증가할 때, 광검출기에 입사하는 광량은 증가하며 λ/4Δn에서 최대가 된다. 따라서, 이러한 구성에서 최대 변조율을 얻기 위해서는 λ/4Δn의 막 두께가 요구된다.
복굴절 Δn이 작은 경우, 유기 박막의 두께를 증가시켜야 한다. 그러나, 수렴광의 초점 깊이는 제한되기 때문에, 설정할 수 있는 막 두께에는 상한이 있다. 기록 원리는 단지 광 조사에 의하므로 유기 박막에 의해 흡수되는 모든 열은 반사막으로 신속히 방출되어야 한다. 유기 박막이 광을 흡수할 경우, 광은 더 큰 두께의 막을 통해 투과되지 않으며, 따라서 기록은 광 입사측 표면에서만 이루어질 수 있게 된다.
이 때문에, 유기 박막은 실제로 가능한 한 막 두께가 얇다.
얇은 막 두께로 유사한 변조율을 달성하기 위해서는 유기 박막을 유전체 막들과 샌드위치시키는 것이 효과적이다. 이 경우, 기판의 굴절율은 유전체막의 굴절율과 다른 것이 바람직하다.
도 9는 120nm 두께의 유기 박막을 구비한 광 디스크에서 유전체막의 두께가 변화하는 경우의 변조율의 변화를 나타낸다.
120nm 두께의 유기 박막을 구비한 상기 광 디스크에서 막 두께는 λ/4Δn의 1/2보다 크지 않다.
도 8에 도시된 유기 박막의 광 파라미터와 함께, SiN(n=2) 및 유리(n=1.46)가 각각 유전체막 및 기판으로 사용되었다. 광 디스크는 기판 상에 SiN(1), SiN(2) 및 반사막(Al: 100nm)이 적층된 구조이다. 도 9에서 각 곡선의 번호는 SiN(2)의 막 두께를 나타낸다.
유전체막으로서의 SiN 막의 두께를 적당히 선택함으로써 큰 검출 광량을 얻을 수 있다는 것을 도 9로부터 알 수 있다.
예컨대, SiN(2)이 없는 경우, 120nm 두께의 유기 박막에 대해 0.34의 검출광만이 얻어질 수 있다. 역으로, 120nm 두께의 SiN(1) 및 20nm 두께의 SiN(2)에 대해서는 0.51의 검출광이 얻어진다. 통상의 광과 특별한 광 사이에 π의 위상 편이가 발생하는 경우의 변조율은 도 8의 300nm의 막 두께에 의해 지시된 바와 같이 0.58이다.
유기 박막이 120nm의 두께인 경우에 얻을 수 있는 위상은 π에 가깝다.
도 7의 광학 시스템의 경우, 최대 변조율은 선행 예의 절반인 위상 편이를 갖도록 검출 광학 시스템을 교묘하게 설계함으로써 달성된다. 이 경우, SiN에 적당한 다중 간섭의 효과가 효과적으로 발휘되어 λ/8Δn 보다 작은 막 두께에 대해 충분한 변조율을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 완전히 다른 광학 기록 시스템을 구성할 수 있다.

Claims (23)

  1. 편광의 조사에 의해 분자 배향이 변화하는 유기 물질을 포함하는 기록층을 구비한 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 물질은 트랜스-시스 전위(trans-cis rearrangement)에 의한 구조의 변화에 따라 분자 배향이 변화되며,
    상기 기록층은 상기 유기 물질의 분자 배향의 변화에 따라 복굴절율이 변화되는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기 물질은 액정계 물질인 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유기 물질은 아조벤젠 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기록층이 완전히 배향되었을 때의 복굴절율이 △n이고 재생 광의 파장이 λ이면, 기록층의 두께는 λ/2△n 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기록층이 형성되는 기판을 더 구비하고, 상기 기판은 상기 기록층과 면하는 측면에 안내 홈 및/또는 피트(pit)를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판상에 형성된 제1 유전막과;
    상기 기록층 상에 형성된 제2 유전막과;
    상기 제2 유전막상에 형성된 반사막
    을 더 포함하고,
    상기 유전막의 굴절율은 상기 기판의 굴절율과는 다른 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반사막 상에 형성된 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기록층이 완전히 배향되었을 때의 복굴절율이 △n이고 재생 광의 파장이 λ이면, 기록층의 두께는 λ/4△n 보다 크지 않으며,
    상기 유전막의 막 두께는 통상의 광의 복굴절 축에 평행하게 입사하는 광과 특별한 광의 복굴절 축에 평행하게 입사하는 광과의 반사 광 빔간의 위상 편차가 π에 근접하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기록층이 완전히 배향되었을 때의 복굴절율이 △n이고 재생 광의 파장이 λ이면, 기록층의 두께는 λ/8△n 보다 크지 않으며,
    상기 유전막의 막 두께는 통상의 광의 복굴절 축에 평행하게 입사하는 광과 특별한 광의 복굴절 축에 평행하게 입사하는 광과의 반사 광 빔간의 위상 편차가 π/2에 근접하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기록층의 유기 물질의 분자 배향의 방향은 안내 홈의 방향과 평행하게 정렬되며, 이러한 상태가 초기 상태로 되는 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체.
  12. 기록 및/또는 재생 방법에 있어서,
    유기 물질을 포함하는 기록층에 편광을 조사하는 단계와;
    유기 물질의 분자 배향이 변화하도록 상기 기록층 상에 정보 신호를 기록하는 단계와;
    분자 배향의 변화에 의해 야기되는 복굴절의 변화를 입사광의 편광 상태의 변화로서 판독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기록 단계는 상기 판독시의 광원의 파장보다 짧은 파장의 광원으로 실행되는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기록층에 포함된 상기 유기 물질의 배향 정도가 복수의 등급으로 되어 다치(multi-value) 기록을 실현하도록 기록이 실행되는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 기록층에 포함된 상기 유기 물질의 배향 각도가 복수의 등급으로 되어 다치(multi-value) 기록을 실현하도록 기록이 실행되는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 기록층은 투명 기판 상에 형성되고, 상기 정보 신호는 상기 투명 기판측으로부터 기록 및/또는 판독되는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 방법.
  17. 편광의 조사에 의해 분자 배향이 변화되는 유기 물질을 포함하는 기록층을 구비한 광학 기록 매체에 기록 또는 재생을 행하기 위한 기록 및/또는 재생 장치에 있어서,
    사전 설정된 편광을 기록 광으로서 상기 기록층에 조사하기 위한 기록 광학 시스템과;
    상기 기록층에 입사한 재생광의 편광 상태를 검출하기 위한 재생 광학 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기록 광학 시스템과 상기 재생 광학 시스템은 각각 광원을 가지며,
    기록을 위한 상기 광원의 파장은 재생을 위한 상기 광원의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 기록 광학 시스템 및/또는 상기 재생 광학 시스템은 포커싱(focussing) 및/또는 트랙킹(tracking)을 위한 서보 매카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 기록 광학 시스템 및/또는 상기 재생 광학 시스템은 편광의 방향 및 편광의 종류를 전기적으로 제어할 수 있는 편광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 광학 기록 매체의 기록층의 두께는 출력 광의 위상이 입사 광의 위상에 대해 복굴절 축 사이에서 대략 π만큼 시프트되도록 설정되고;
    상기 재생 광학 시스템은 비-배향 상태의 입사 광과 배향 상태의 입사 광에 대해 상이한 출력을 발생하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 광학 기록 매체의 기록층의 두께는 출력 광의 위상이 입사 광의 위상에 대해 복굴절 축 사이에서 대략 π만큼 시프트되도록 설정되고;
    상기 기록 광학 시스템은 유기 물질의 분자 배향의 방향을 0°와 45°사이에서 제어할 수 있으며;
    상기 재생 광학 시스템은 상기 기록층으로 입사하는 광에 대한 출력을 상기 배향 방향에 따라 상이하게 발생하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 광학 기록 매체의 기록층의 두께는 출력 광의 위상이 입사 광의 위상에 대해 복굴절 축 사이에서 대략 π/2만큼 시프트되도록 설정되고;
    상기 기록 광학 시스템은 유기 물질의 분자 배향의 방향을 0°와 90°사이에서 제어할 수 있으며;
    상기 재생 광학 시스템은 기록층으로 입사하는 광에 대한 출력을 배향 방향에 따라 상이하게 발생하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
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