KR20030004747A - 근접장용 광 디스크의 적층구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근접장 광 기록 및 재생장치에 사용되는 광 디스크에 있어서, 기록층과 윤활층의 사이에, 소정의 투명도, 강도, 점착성을 가지며, 자성이 없는 물질로 이루어진 하나의 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 광 디스크의 적층구조를 제시함으로써, 종래의 근접장 광 기록/재생 장치에 사용되는 광 디스크의 적층구조에 있어서, 불필요한 부분을 생략하고, 대안으로서 다른 부분의 조건을 강화하여 광 디스크의 구조를 간략화하고, 그 제조공정을 단순화할 수 있도록 한다.

Description

근접장용 광 디스크의 적층구조{OPTICAL DISC STRUCTURE OF NEAR FIELD RECORDING MEDIA}
본 발명은 광 기록/재생 장치에 사용되는 광 디스크에 관한 것으로서, 상세하게는, 종래의 광 디스크에 있어서의 적층구조를 변형하여 새로운 구조를 제시하는 것이다.
종래의 파 필드(far field) 방식의 광 재생/기록 장치의 구성은 도 1에 도시된 바와 같다. 즉, 레이저 광을 0.5∼0.6 정도의 개구수(NA : Numerical Aperture)를 갖는 렌즈(1)를 이용하여 집속시키면, 이 레이저광은 먼저 기판(2)을 투과한 후 기록막(3)에 도달하게 된다.
이와 같은 방식의 광 재생/기록 방식의 경우, 기록 밀도는 집속된 레이저 광의 크기에 의해 결정되고, 레이저 광은 회절을 고려하였을 때 광원의 파장 λ와 사용렌즈의 개구수(NA)에 의해 결정된다. Rayleight 회절 한계에 의하면 집속된 레이저 광의 직경 D는,
D = 1.22 λ/ NA
이나, 실제 이용할 수 있는 한계는 가우시안(Gaussian) 강도 분포를 갖는 레이저 광의 반치폭 (Full Width at Half Maximum)에 해당되는 계수인 0.61로 볼 수 있다. 따라서, 마크 크기(Mark size)의 감소에 의한 기록밀도를 높이기 위해서는 레이저의 파장을 감소시키거나, 렌즈의 개구수(NA)를 증가시키면 되나, 레이저 파장의 감소에는 한계가 있고, 개구수(NA)의 증가는 서보(servo)의 어려움과 수치의 증가를동반한다.
따라서, 빛의 회절이 일어나지 않는 영역에서 기록밀도를 높이기 위한 방법으로서 근접장(Near field)을 이용한 광 기록/재생 방식이 제안되었다.
현재 연구가 진행되고 있는 근접장 광 기록/재생 방식에는, 광섬유 팁(fiber tip)을 이용하는 방식과, 솔리드 이머젼 렌즈(SIL : solid immersion lens)를 이용하는 방식이 있다.
도 2는 광섬유 팁(fiber tip)을 이용하는 근접장 광 재생/기록 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 레이저 빔이 광섬유(6)를 통해 재생/기록 매체인 광 디스크 기판(5)의 위에 형성된 기록층(4)을 조사하는 방식이다.
이는 팁(tip)의 끝부분에 기록 비트(bit) 크기와 관련이 있는 어퍼춰 (aperture)를 형성시키며, 그 직경은 수십nm 정도로서 레이저광의 파장보다 작아야 효과가 있다.
도 3은 솔리드 이머젼 렌즈(SIL : solid immersion lens)를 이용하는 근접장 광 재생/기록 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 레이저빔이 대물렌즈(7) 및 솔리드 이머젼 렌즈(8)를 통과하면서 집속되어 재생/기록 매체인 광 디스크 기판(5)의 위에 형성된 기록층(4)을 조사하는 방식이다.
이는 렌즈 투과광 뿐만 아니라 렌즈에서 발생하는 에버네슨트 웨이브 (evanescent wave)를 함께 이용하므로, 렌즈 구성 물질의 굴절률에 의한 스팟크기(spot size)의 감소 효과가 발생한다. 즉, 반구형 솔리드 이머젼 렌즈 (hemisphere solid immersion lens)의 경우, 렌즈 표면에 집속되는 광의 직경은,
D = λ/ NAeff이고,
여기서, NAeff= nNAobj이다.
이때, NAobj는 대물렌즈(7)의 굴절률이므로, 이와 같이 솔리드 이머젼 렌즈를 이용하는 방식의 경우, 솔리드 이머젼 렌즈의 굴절률의 비만큼 상기 광의 직경 D를 감소시킬 수 있다.
상기 어느 방식을 취하더라도, 근접장 효과를 장치에 활용하기 위해서는 광섬유 팁 또는 솔리드 이머젼 렌즈와 광 디스크와의 간격(gap distance)이 레이저의 파장보다 작아야 하는바, 일반적으로 100nm 정도를 한계값으로 한다.
따라서, 근접장 광 재생/기록 장치에 있어서 광섬유 팁이나 솔리드 이멀젼 렌즈는 기록 매체인 광 디스크와 매우 좁은 간격을 두고 접해 있으므로, 재생/기록을 위한 광 디스크의 회전 구동시, 광섬유 팁이나 솔리드 이멀젼 렌즈와 광 디스크의 마찰, 충돌에 의해 발생하는 유해한 효과를 방지하기 위하여, 광 디스크는 기록층위에 각각 고유의 기능을 갖는 층이 형성된 적층구조를 취하고 있다.
도 4는 근접장 광 재생/기록 장치에 사용되는 종래의 광 디스크의 적층구조를 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 광 디스크는 레이저 빔이 조사되는 상측으로부터 하측의 순서로, 윤활층(11), 보호층(12), 제1유전층(13), 기록층(14), 제2유전층(15), 반사층(16), 기층(17)이 형성되는 적층구조를 취하고 있다.
윤활층(11)은 광 디스크와 광섬유 팁 또는 솔리드 이머젼 렌즈의 접촉면인 광 디스크의 최상측에 형성되며, 재생/기록을 위한 광 디스크의 회전구동시 광 디스크와 광섬유 팁 또는 솔리드 이머젼 렌즈 사이의 마찰을 방지하고, 일반적으로 분상의 고분자 화합물(perflourupolyester : PEPE)에 의해 형성된다.
다만, 광섬유 팁을 이용하는 방식의 경우는 솔리드 이머젼 렌즈를 이용하는 방식의 경우에 비해 발생하는 마찰이 적으므로, 윤활층을 형성하지 않는 것이 일반적이다.
보호층(12)은 상기 접촉면에 발생하는 마찰, 충돌 등의 유해한 효과로부터 기록층(14)을 보호하기 위한 층으로서, 이를 구성하는 물질은 투명하고, 소정의 강도를 가져야 하고, 윤활층(11)과의 점착성이 좋아야 하며, 자성이 없어야 한다는 등의 일정 요건이 필요하다.
솔리드 이머젼 렌즈를 이용하는 방식의 경우는 상기 요건을 가장 잘 만족하는 것으로 알려진 디엘씨(DLC : diamond like carbon)가 널리 사용되고 있으며, 광섬유 팁을 이용하는 방식의 경우는 상대적으로 보호층의 강도가 약해도 영향이 적은 질화실리콘, 질화알루미늄 등의 재료가 사용되고 있다.
제1유전층(13) 및 제2유전층(15)은 본래, 종래의 파 필드(far field) 방식의 광 기록/재생 장치에 사용되는 광 디스크에 있어서, 외부 공기와 기록층간의 직접 접촉을 차단하여 기록층을 구성하는 물질의 산화 기타 오염을 방지하고, 각 층간의 물질이동을 차단하며, 조사된 레이저 빔이 반사면 이외의 다른 층의 경계면에서 반사되는 양을 줄이기 위해 상쇄간섭을 일으키는 역할 등을 담당하는 층으로서, 근접장 광 기록/재생 장치에 사용되는 광 디스크의 경우에도 그대로 적용된 것이다.
또한, 유전층(13,15)을 구성하는 물질로는, 광자기형 광 디스크의 경우는 Si3N4가 주로 사용되었으며, 상변화형 광 디스크의 경우는 ZnS-SiO2가 주로 사용된다.
그런데, 상기한 바와 같이, 근접장 광 기록/재생 장치에 사용되는 광 디스크에 형성되는 유전층(13,15)은 종래의 파 필드(far field) 방식의 경우에 있어서의 광 디스크의 유전층으로부터 비롯된 것이므로, 보호층(12)과의 기능이 대부분 중복되는 바, 이러한 유전층이 근접장 방식의 경우 반드시 필요한 것인가에 관하여 문제가 제기되어 왔다.
본 발명은 근접장 광 재생/기록 장치에 사용되는 광 디스크에 있어서, 보다 간단하고 진일보한 새로운 광 디스크의 적층구조를 제시한다.
도 1은 파 필드방식의 광 재생/기록 장치의 구성을 도시한 구성도
도 2는 광섬유 팁을 이용하는 근접장 광 재생/기록 장치의 구성을 도시한 구성도
도 3은 솔리드 이머젼 렌즈를 이용하는 근접장 광 재생/기록 장치의 구성을 도시한 구성도
도 4는 근접장 광 재생/기록 장치에 사용되는 종래의 광 디스크의 적층구조를 도시한 구성도
도 5는 근접장 광 재생/기록 장치에 사용되는 본 발명에 의한 광 디스크의 적층구조를 도시한 구성도
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
7 : 대물렌즈 8 : 솔리드 이머젼 렌즈
11 : 윤활층 12 : 보호층
14 : 기록층 15 : 유전층
16 : 반사층 17 : 기판
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 근접장 광 기록 및 재생장치에 사용되는 광 디스크에 있어서, 기록층과 윤활층의 사이에, 소정의 투명도, 강도, 점착성을 가지며, 자성이 없는 물질로 이루어진 하나의 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 광 디스크의 적층구조를 제시한다.
즉, 근접광 광 재생/기록 장치에 사용되는 광 디스크의 종래의 적층구조에 있어서, 보호층(12)과 대부분의 기능이 동일한 제1유전층(13)을 생략함으로써, 구조 및 제조공정의 간략화를 도모한 것이다.
제1유전층(13)의 생략이 가능한 이유를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 근접장 광 재생/기록 장치에 사용되는 본 발명에 의한 광 디스크의 적층구조를 도시한 구성도이다.
첫째, 본래 유전층은 파 필드 방식의 광 재생/기록 장치에 있어서, 기록층과 외부공기가 직접적으로 접촉함에 따른 산화, 오염 등의 유해한 효과를 방지하기 위한 목적을 가지는 것이므로, 윤활층(11) 및 보호층(12)에 의해 기록층(14)과 외부공기와의 직접 접촉이 차단되는 근접장 방식의 경우는 그 존재의 필요성을 상실하였다.
둘째, 각 층간의 물질이동을 차단하는 기능은 반드시 유전층과 보호층의 이중구조에 의해 달성되는 것이 아니며, 단일층 만으로도 충분히 그와 같은 기능을 발휘할 수 있다.
세째, 조사된 레이저 빔이 반사면 이외의 다른 층의 경계면에서 반사되는 양을 줄이기 위해 상쇄간섭을 일으키는 기능은 반드시 별도의 유전층을 형성함으로써 달성되는 것이 아니며, 보호층을 투명한 물질로 형성하고 그 물질의 굴절률을 감안하여 일정한 두께를 가지도록 함에 의해서도 충분히 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 근접장 방식에 의한 광 재생/기록 장치에 사용되는 광 디스크의 종래의 적층구조에 있어서, 제1유전층(13)을 생략하는 것을 제시하며, 그 대안으로서 보호층(12) 및 이를 구성하는 물질이 갖추어야 할 조건을 제시하고자한다.
첫째, 투명한 물질이어야 하고, 일정한 두께를 가진 층으로 구성되어야 한다.
기본적으로 레이저광이 투과하여 기록층 및 반사면에 도달할 수 있어야 하므로, 보호층을 구성하는 물질은 투명성을 가져야 한다.
또한, 조사된 레이저 빔이 반사면 이외의 다른 층의 경계면에서 반사되는 양을 줄이기 위해 상쇄간섭을 일으키는 역할 수행하기 위해서는 소정의 두께를 가져야 하는바, 그 두께는 다음과 같은 공식에 의해 계산할 수 있다.
d = λ/ 4n
여기서, λ는 레이저 빔의 파장이고, n은 보호층을 구성하는 물질의 굴절률이다.
둘째, 소정의 강도를 가져야 한다.
이는 종래의 광 디스크의 적층구조에 있어서도 보호층이 갖추어야 했던 고유의 조건으로서, 파 필드 방식의 경우에 비해 솔리드 이머젼 방식의 경우, 더욱 고강도가 필요함은 상술한 바와 같다.
세째, 윤활층(11)과의 점착성이 좋아야 한다.
이 또한, 종래의 광 디스크의 적층구조에 있어서도 보호층이 갖추어야 했던 고유의 조건으로서, 윤활층을 구성하는 물질과 보호층을 구성하는 물질의 점착성이 좋아야, 재생/기록을 위한 광 디스크의 회전구동시 접촉면의 윤활층의 마모를 방지할 수 있기 때문이다.
넷째, 자성이 없는 물질이어야 한다.
이는 보호층 뿐만 아니라, 기록층을 제외한 모든 층을 구성하는 물질이 갖추어야 할 조건으로서, 광자기형의 광 디스크의 경우, 기록층(14)에 유해한 영향을 미치는 것을 방지하기 위함이다.
상기와 같은 조건을 가장 만족하는 물질로서 현재 상용가능한 것은 DLC (diamond like carbon)이라고 할 수 있다.
또한, 종래의 광 디스크의 적층구조에 있어서, 유전층(13)을 구성하는 물질로 사용되어 오던 Si3N4, ZnS-SiO2, 기타 질화 알루미늄 등도 본 발명에 의한 광 디스크의 적층구조의 보호층을 구성하는 물질로서 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
다만, 이들은 강도 및 유전층과의 점착성이 상기 DLC에 비해 떨어지므로, 현재 개발된 소재 중에서는 상기 DLC를 사용하는 것이 가장 바람직한 것으로 보인다.
또한, 상기에서는 본 발명에 의한 광 디스크의 적층구조에 있어서, 보호층에 사용될 수 있는 물질의 몇 가지 예를 들었으나, 이는 실시례에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 기초로 하여 상기의 4가지 조건을 만족하는 신물질이 앞으로 얼마든지 개발될 수 있을 것으로 본다.
또한, 본 발명은 근접장 광 재생/기록 장치의 방식 중 주로 솔리드 이머젼 렌즈를 이용하는 방식에 적용될 것이나, 광섬유 팁을 이용하는 방식에도 얼마든지 적용될 수 있다.
한편, 광디스크에 DLC를 형성하는 방법으로는 CVD(chemical vapor deposition)가 주로 사용되어져 왔으나, 스퍼터링(sputtering)에 의하는 것도 가능하다.
따라서, 모든 제조 공정을 단순화한다는 측면에서, 윤활층, 보호층, 기록층 등을 모두 스퍼터링에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 기록층(14)의 하면에 형성되는 제2유전층(16)은 종래의 광 디스크의 적층구조와 동일한 구조를 취하면 족하나, 제조공정의 단순화 측면에서 보호층(12)과 동일한 물질, 즉 DLC 등에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 종래의 근접장 광 기록/재생 장치에 사용되는 광 디스크의 적층구조에 있어서, 불필요한 부분을 생략하고, 대안으로서 다른 부분의 조건을 강화함으로써, 광 디스크의 구조를 간략화하고, 그 제조공정을 단순화할 수 있도록 한다.

Claims (5)

  1. 근접장 광 기록 및 재생장치에 사용되고, 윤활층, 기록층, 반사층을 포함하여 구성되는 광 디스크의 적층구조에 있어서,
    상기 윤활층과 상기 기록층의 사이에, 소정의 투명도, 강도, 점착성을 가지며, 자성이 없는 물질로 이루어진 하나의 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 근접장용 광 디스크의 적층구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기록층과 반사층 사이에, 상기 보호층을 형성하는 물질과 동일한 물질로 유전층이 형성된 것을 특징으로 하는 근접장용 광 디스크의 적층구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소정의 투명도, 강도, 점착성을 가지며, 자성이 없는 물질은 DLC인 것을 특징으로 하는 근접장용 광 디스크의 적층구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 근접장 광 기록 및 재생장치는 광섬유 팁을 이용하는 방식인 것을 특징으로 하는 근접장용 광 디스크의 적층구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 근접장 광 기록 및 재생장치는 솔리드 이멀젼 렌즈를 이용하는 방식인 것을 특징으로 하는 근접장용 광 디스크의 적층구조.
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