KR20040071156A - 광학 저장 시스템, 광 저장매체와 이 매체의 용도 - Google Patents

광학 저장 시스템, 광 저장매체와 이 매체의 용도 Download PDF

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KR20040071156A KR10-2004-7008371A KR20047008371A KR20040071156A KR 20040071156 A KR20040071156 A KR 20040071156A KR 20047008371 A KR20047008371 A KR 20047008371A KR 20040071156 A KR20040071156 A KR 20040071156A
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Abstract

광 저장매체(1)와 광학헤드장치(6)를 구비한 광학 저장 시스템이 기술된다. 매체는, 기판(2)과, 기록 적층체(3)와, 기록 적층체를 광학헤드장치(6)에 의한 충돌로부터 보호하는 광학적으로 투명한 보호 코팅 적층체(4 및 5)를 갖는다. 보호 코팅 적층체는, 적어도, 40 nm보다 작은 두께를 갖고 1.5 J/m2보다 작은 표면 에너지를 지닌 표면을 갖는 제 1 층(5)과, 제 1 층(5)에 인접하고 10 GPa보다 작으며 0.001 GPa보다 큰 영률 E를 갖는 제 2 층(4)으로 구성된 다층(4 및 5)을 구비한다. 이와 같은 층들(4 및 5)의 조합은, 광학헤드장치(6)의 기계적 충격에 의해 발생된 손상에 매우 큰 저항을 갖는다. 어떠한 윤활제도 필요하지 않다.

Description

광학 저장 시스템, 광 저장매체와 이 매체의 용도{OPTICAL STORAGE SYSTEM, OPTICAL STORAGE MEDIUM AND USE OF SUCH A MEDIUM}
본 발명은, 광 저장매체와 광학헤드장치를 구비하되, 이 매체가,
- 소정의 파장을 갖고 소정의 개구율을 가지며 광학헤드장치에서 발생된 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 기록되는 적어도 1개의 기록층을 갖는 기록 적층체와,
- 기록 적층체와 광학헤드장치 사이에 배치되어, 광학헤드장치에 의한 충격으로부터 기록 적층체를 보호하는 보호 코팅 적층체가
적어도 일면에 적층된 기판을 포함하는 광학 저장 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 이와 같은 광학 저장 시스템에 사용되는 광 저장매체에 관한 것이다.
더구나, 본 발명은, 이와 같은 광 저장매체의 용도에 관한 것이다.
서두에 기재된 형태를 갖는 광학 저장 시스템의 일 실시예는 유럽특허출원 EP 0 971 344 A1에 공지되어 있다.
광 저장매체의 데이터 용량이 더욱 더 증가함에 따라, 매체 상에 더 작은 데이터 마크들의 기록 및 판독이 필요하게 되고, 이것은 한편으로 광학헤드장치와 매체, 예를 들면 디스크 사이의 간격이 매우 작아지는 것이 필요하게 되었다. 이것은, 매체 상의 데이터 마크들의 크기의 감소는 광학헤드장치의 렌즈계가 비교적 높은, 예를 들면 >0.8의 개구율(NA)을 갖도록 요구하기 때문이다. 이와 같은 작은 헤드-디스크 간격은 소위 슬라이더 기술이나 액추에이터 기반의 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 첫 번째 기술에서는, 예를 들어 하드디스크 드라이브에서 알려진 슬라이더가 일반적으로 방사빔의 수개의 파장 λ 또는 그보다 작은 높이에서 저장매체의 평탄한 표면 상에서 부상한다. 광학 저장 시스템에 대한 슬라이더 기술의 사용은, 이와 가튼 광학 저장 시스템이 더 이상 실제로 비접촉 시스템이 아니라는 것, 즉 헤드와 광 기록매체 사이의 접촉이 때때로, 예를 들면 시동중에 발생한다는 것을 의미한다. 하드디스크 드라이브에서는, 기록층 위의 윤활제와 하드코트를 사용하여 기록층하드와 디스크 사이에 가끔 접촉하는 일이 상당히 줄어든다. 하드디스크 매체 상에 존재하는 윤활제 막은 다양한 기능을 갖는데, 이 윤활제 막은 헤드-디스크 충격 에너지의 일부를 분산시켜 완충제로서의 역할을 하고, 오염을 막기 위해 디스크 표면을 부동태화(passivate)하는 것을 도우며, 마모를 최소화한다. 상기한 유럽특허출원에서는, 윤활제로서의 역할을 하는 카르복실산 아민 염이 구체적으로는 100nm의 두께로 SiNx, SiOx또는 SiC 등의 무기물질의 표면층 위에 사용된다. 상기한 윤활제를 사용하지 않으면, 광 디스크 표면과 광학헤드장치 사이의 충돌의 충격을 제어하여 의도적으로 일으킨 손상 시험을 거친 후, 상기 유럽특허출원의 매체의 표면이 상당하며 깊이가 깊은 균열을 나타낸다. 상기한 윤활제를 사용하면, 상기한 시험을 거친 후에, 손상이 크게 상쇄되어, 전혀 손상을 나타내지 않거나 매우 적은 손상만을 나타낸다. 그러나, 방사 경로에 있는 광학 부품들의 윤활제에 의한 오염으로 인해, 윤활제의 사용이 광학 기록과 반드시 호환되는 것은 아니다. 종래의 시스템의 문제점은, 이 시스템이 매체의 표면 상에 윤활제를 필요로 한다는 것이다.
결국, 본 발명의 목적은, 시스템의 광학헤드장치의 충격에 의한 손상을 방지할 수 있는 표면을 지니되, 이 표면이 그 위에 윤활제나 기타의 내구성이 없으며 쉽게 오염될 수 있는 코팅을 갖지 않는 광 저장매체를 구비한, 서두에 기재된 종류의 광학 저장 시스템을 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 상기한 목적은, 상기 보호 코팅 적층체가, 적어도,
- 기록층으로부터 가장 멀리 떨어져 위치하고, 40nm보다 작은 두께를 가지며, 1.5J/m2보다 작은 표면 에너지를 지닌 표면을 갖는 제 1 층과,
- 제 1 층에 인접 배치되고, 10 GPa보다 작고 0.001 Gpa보다 큰 영률 E를 갖는 제 2 층으로 구성된 다층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템에 의해 달성된다.
캡핑(capping) 적층체로도 불리는 다층 보호 코팅은 기록 적층체의 위에 존재한다. 캡핑 적층체는 적어도 2개의 층을 갖는다. 제 1 층은, 비교적 얇으므로 낮은 기계적 응력을 갖고, 하지층인 제 2 층과 매우 친화성이 좋다. 더구나, 제 1 층은, 낮은 표면 에너지, 즉 비활성 표면을 가져, 광학헤드장치, 예를 들면 슬라이더, 및/또는 오염물질이 광학 매체의 표면 상에 부착되는 것을 방지한다. 제 2 층은 비교적 낮은 영률, 즉 높은 탄성을 갖는다. 더구나, 제 2 층은, 정보를 판독 및 기록하는 동안 사용된 광학 (서보) 신호의 방사빔에 의해 유도된 열적 불안정을 방지하기 위해, 광학매체의 기록층과 표면 사이에서 열적 장벽으로서의 역할을 한다.디스크와의 접촉중에 헤드를 보호하기 위해, 디스크의 표면은 탄성층으로 덮일 수 있는데, 이 탄성층은 충돌이 일어난 경우에 헤드-디스크 충격 에너지의 대부분을 분산시켜 완충재로서의 역할을 하게 된다. 그러나, 이와 같은 탄성층만은 쉽게 손상된다. 더구나, 탄성 물질은 다소 높은 표면 에너지를 가져, 디스크에 대한 헤드의 부착을 일으키기 쉽다. 본 발명에 따르면, 비교적 얇은 제 1 층과 탄성을 갖는 제 2 층의 조합이 제공되는데, 이 조합은 예를 들면 광학헤드장치의 충격에 대해 매우 강건하고, 보호 코팅 적층에와 하지층인 기록 적층체 및/또는 기판에 거의 손상을 일으키지 않거나 전혀 손상을 일으키지 않는다. 제 2 층의 영률이 0.001 GPa보다 작아지면, 제 1 층이 너무 큰 변형에 노출되어, 제 1 층의 변형을 일으킬 수도 있다. 따라서, 제 2 층의 영률이 0.001 GPa보다 커야만 한다.
바람직한 실시예에서, 제 1 층의 물질은 H 또는 그 이상의 연필 경도를 갖는다. 비교적 큰 경도를 갖는 층을 사용함으로써, 광학헤드장치와의 우발적인 접촉 중의 제 1 층의 표면 손상이 방지된다. 바람직한 실시예에서는, 제 1 층이 20nm보다 작거나 심지어 10nm보다 작은 두께를 갖는다. 비교적 적은 두께는 매우 적은 기계적 응력을 갖는 매우 유연한 층을 제공하는데, 이것은 비교적 큰 두께에서 쉽게 균열되는 경도를 갖는 층을 사용할 때 특히 유용하다. 따라서, 제 2 층이 쉽게 탄성 변형될 수 있으므로, 광학헤드장치와의 충돌중에 제 1 층에 가해지는 균열이나 다른 손상의 생성을 제한하기 위해서는 제 1 층이 비교적 얇은 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서는, 제 1 층이 1013Ω/□보다 작은 전기저항을 갖는다. 이와 같은 저항 레벨 아래에서는, 이 층이 정전기방지 특성을 가지므로, 정전하 축적이 방지되기 때문에, 먼지 입자 등의 끌어당김과 부착이 줄어든다.
제 2 층은 125㎛보다 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 너무 큰 두께는 초점이 맞추어진 방사빔의 광학수차를 쉽게 도입할 수 있어, 왜곡된 판독 또는 기록 스폿을 생성할 수도 있다. 더구나, 너무 큰 두께의 제 2 층에서는 방사빔의 높은 NA의 사용이 곤란하게 된다.
제 2 층은 1 GPa보다 작은 영률 E를 갖는 것이 바람직하다. 1 GPa보다 작은 영률은, 이 층의 완층 작용 및 기계적 에너지 분산 능력이 더욱 더 향상된다는 이점을 갖는다.
특정한 실시예에서는, 제 2 층이 30 ㎛보다 작은 두께를 갖는다. 광 저장매체는, 예를 들면 광자기 디스크일 수도 있다. 제 2 층의 두께가 30 ㎛보다 크면, 광자기 기록층과 판독/기록 헤드 내부의 자기장 변조 코일 사이의 결과적으로 얻어지는 거리로 인해, 기록층에서 자기장이 너무 크게 감소되거나, 코일의 자기 인덕턴스와 저항이 너무 커져 상당한 데이터 전송속도를 얻을 수 없게 된다.
바람직한 실시예에서, 제 2 층은 UV 광경화 아크릴 수지를 포함한다. 자주 사용되며 용이하게 구현되는 적층 기술인 스핀 코팅으로 이 층을 형성할 수 있다.
제 1 층은, 바람직하게는, 질화 실리콘, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 다이아몬드상 탄소(DLC)로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종의 물질을 포함한다. 이들 물질은 뛰어난 내마모성을 갖고, 다른 원자들을 사용한 도핑으로 표면 전도성과 표면 에너지를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 층은 제 2 층의 임계 표면 응력을 초과하는 표면 응력을갖는다. 제 1 층의 표면 응력이 제 2 층의 표면 응력보다 크면, 광 저장매체의 표면이 변형되어, 표면 거칠기를 증가시킨다. 너무 큰 표면 거칠기는 과 저장매체에서 발생되는 광 신호에 악영향을 미치게 된다. 그러나, 약간의 표면 거칠기는 유리할 수 있는데, 이것은 충돌중에, 예를 들면 광학헤드장치와 매체 표면 사이의 접촉 면적을 줄이기 때문이다. 따라서, 제 1 층과 제 2 층의 표면 응력이 제한된 표면 거칠기를 갖는 광 저장매체를 형성하도록 조정될 수 있다. 제한된 표면 거칠기란, 충돌중에 광학헤드장치와 매체 사이의 접촉 면적이 상당히 줄어들면서도, 광 디스크로부터의 광 신호가 영향을 받지 않거나 약간만 영향을 받는다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 광학 저장 시스템의 일 실시예를 도 1에 도시된 도면을 참조하여 설명한다. 이때, 도면은 개략적인 것으로 축적에 맞추어 도시하지 않은 것이라는 점에 주목하기 바란다.
도 1은 광 디스크, 광학헤드장치와, 광 디스크의 기록 적층체에 초점이 맞추어지는 방사빔을 포함하는 광학 저장 시스템의 일 실시예에 대한 단면도이다.
도 1에서, 광학 저장 시스템은 기판(2)을 갖는 광 저장매체(1)를 구비한다. 그것의 일면에는, 적어도 1개의 기록층을 갖는 기록 적층체(3)가 적층되어 있다. 소정의 파장을 갖고 소정의 개구율을 갖는 초점이 맞추어진 방사빔(7)이 광학헤드장치(6)에서 방출된다. 기록 적층체(3)와 광학헤드장치(6) 사이에 있는 광학적으로 투명한 보호 코팅 적층체 4 및 5는 광학헤드장치(6)에 의한 충돌로부터 기록 적층체(3)를 보호한다. 보호 코팅 적층체 4 및 5는 9nm의 두께를 갖는 제 1 층(5)을 구비한다. 제 1 층(5)은 물질 Si3N4로 제조되며 1.5 J/m2보다 작은 표면 에너지를 갖는다. Si3N4의 연필 경도는 H보다 더 큰 경도를 갖는다. 제 2 층(4)은 Dainippon Ink & Chemicals Inc.에서 제조된 수지성 물질인 Daicure Clear EX-860으로 제조된다. 이 층은 약 0.05 GPa의 영률 E를 갖는다. 당업계에 공지된 스핀 코팅과 그후의 UV 경화에 의해, 15 ㎛의 두께를 갖는 층(4)이 형성된다. 본 발명은 이와 같은 재료에 한정되는 것은 아니다. 10 GPa보다 작은 영률을 갖는 다른 재료들, 예를 들면 폴리머 또는 충전된 폴리머들도 사용될 수 있다. 또한, 제 2 층(4)은, 투명 플라스틱, 예를 들면 압력 감지 접착제(PSA)를 구비한 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 시이트를 기록 적층체(3)에 접착시켜 형성될 수도 있다. 제 1 층(5)은 스퍼터링에 의해 제 2 층(4) 위에 형성된다. 스퍼터링 조건의 변화에 의해 Si3N4의 화학양론적 조성이 약간 벗어날 수도 있다. 이 층(5)의 표면 에너지는 수소화에 의해 줄어들 수 있다. 제 1 층(5)으로 사용될 수 있는 다른 가능한 물질로는, 우수한 내마모성을 갖는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘과 다이아몬드상 탄소(DLC)를 들 수 있다. 그러나, 본 발명이 이들 재료에 한정되는 것은 아니다.
제 1 층(5)의 물질의 표면 에너지는 1.5 J/m2보다 작아야 하며, 바람직하게는 0.75 J/m2, 더욱 바람직하게는 0.1 J/m2보다 작아야만 한다.
기판(2)은 서보 프리그루브 또는 정보신호에 대응하는 홈 패턴을 갖는다. 기판(2)은, 예를 들면 유리층 상에의 폴리카보네이트(PC)로 예시되는 수지의 주입 성형이나, UV 경화 수지의 주입 성형에 의해 제조될 수 있다. 기록 적층체(3)는, 적층에 의해, 예를 들면 홈 패턴이 그 위에 형성된 기판(2)의 표면에 후속하는 층들을 스퍼터링하여 얻어진다. 기록 적층체(3)는 소위 상변화 기록층, 광자기 기록층 또는 염료층을 구비할 수도 있다. 다른 형태의 기록층, 예를 들면 형광층이 배제되지는 않는다. 판독 전용(ROM)형 층들, 예를 들면 알루미늄 등의 금속이 사용될 수도 있다. 상변화 물질의 예로는, 예를 들면 원소 Ge, Sb, In, Ga, Ag 및 Te 중에서 1종 이상을 포함하는 금속 또는 합금을 들 수 있다. 광자기 물질의 예로는, 예를 들면 Te, Ge, Fe 및 Co를 포함하는 합금을 들 수 있다. 본 발명은, 자기 증폭 광자기 시스템(MAMMOS) 또는 자벽 이동 검출(domain wall displacement detection: DWDD) 등의 자구 확장 판독기술을 사용하는 광자기 기록 시스템에도 적용가능하다.
제 1 층(5)의 표면 응력이 제 2 층(4)의 임계 표면 응력보다 크면, 광 저장매체(1)의 표면이 변형되어, 표면 거칠기를 증가시키게 된다. 큰 표면 거칠기는 광학헤드장치(6)에 의해 판독시에 광 저장매체(1)에서 발생되는 강 신호에 악영향을 미치게 된다. 그러나, 약간의 표면 거칠기는 유리할 수도 있는데, 이것은 충돌중에 헤드와 슬라이더 사이의 접촉 면적을 감소시키기 때문이다. 따라서, 층들 5 및 4의 표면 응력을 제한된 표면 거칠기를 갖는 광 디스크를 생성하도록 조정될 수 있다. 제한된 표면 거칠기란, 충돌중에 헤드와 매체 사이의 접촉 면적이 상당히 줄어들면서도, 광 디스크(1)로부터의 광 신호가 영향을 받지 않거나 약간만 영향을 받는다는 것을 의미한다.
광 저장매체(1) 상에 유리 슬라이더, 예를 들면 6의 충돌을 통해, 광학헤드장치(6)의 충돌에 의한 바람직한 시스템의 일 실시예의 손상에 대한 저항을 테스트하였다. 층 4 및 5가 존재하지 않으면, 유리 슬라이더(6)와의 충돌에 의해 광 저장매체(1)의 표면이 심하게 손상된다. 층 5만이 존재하면, 유리 슬라이더(6)의 충돌이 광 저장매체(1)의 표면에 대해 눈에 띄는 영구적인 손상 뿐만 아니라, 광 저장매체(1)의 평면에 대한 슬라이더의 매우 강한 부착을 일으킨다. 층 4만이 존재하면, 유리 슬라이더가 광 저장매체(1)와 충돌시에 눈에 뛰게 손상된다. 이들 층 4 및 5가 모두 존재하면, 광 저장매체(1)나 유리 슬라이더(6)에서, 충돌시에 명확하게 눈에 보이는 손상이 관찰되지 않았다.
이때, 전술한 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이 아니고 예시하기 위한 것이며, 첨부된 청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 다양한 또 다른 실시예가 설계될 수 있다는 점에 주목하기 바란다. 청구범위에서, 괄호 안에 놓인 참조번호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 인된다. 용어 "구비하는", "구비한다" 또는 "포함한다"는 청구범위에 기재된 것 이외의 다른 구성요소들 또는 스텝의 존재를 배제하는 것이 아니다. 구성요소 앞의 용어 "a" 또는 "an"은 복수의 이와 같은 구성요소의 존재를 배제하는 것이 아니다. 특정한 구성이 서로 다른 종속항에서 반복설명된다는 단순한 사실이 이들 구성의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 시사하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 광 저장매체와 광학헤드장치를 구비한 광학 저장 시스템이 제공된다. 매체에는, 윤활제를 사용하지 않고도 광학헤드장치의 충돌에 대한 저항이 큰 보호층이 설치된다.

Claims (13)

  1. 광 저장매체(1)와 광학헤드장치(6)를 구비하되, 이 매체가,
    소정의 파장을 갖고 소정의 개구율을 가지며 광학헤드장치(6)에서 발생된 초점이 맞추어진 방사빔(7)을 사용하여 기록되는 적어도 1개의 기록층을 갖는 기록 적층체(3)와,
    기록 적층체(3)와 광학헤드장치(6) 사이에 배치되어, 광학헤드장치(6)에 의한 충격으로부터 기록 적층체(3)를 보호하는 광학적으로 투명한 보호 코팅 적층체(4, 5)가
    적어도 일면에 적층된 기판(2)을 포함하는 광학 저장 시스템에 있어서,
    상기 보호 코팅 적층체(4, 5)가, 적어도,
    기록층(3)으로부터 가장 멀리 떨어져 위치하고, 40nm보다 작은 두께를 가지며, 1.5 J/m2보다 작은 표면 에너지를 지닌 표면을 갖는 제 1 층(5)과,
    제 1 층(5)에 인접 배치되고, 10 GPa보다 작고 0.001 Gpa보다 큰 영률 E를 갖는 제 2 층(4)으로 구성된 다층(4, 5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 층(5)의 물질은 H 또는 그 이상의 연필 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 1 층(5)이 20nm보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    제 1 층(5)이 10nm보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    제 1 층(5)의 표면이 1013Ω/□보다 작은 전기저항을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 층(4)이 125㎛보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 층(4)이 1 GPa보다 작은 영률 E를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    제 2 층(4)이 30 ㎛보다 작은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    제 2 층(4)이 UV 광경화 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    제 1 층(5)이, 질화 실리콘, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘 및 다이아몬드상 탄소(DLC)로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    제 1 층(5)은 제 2 층(4)의 임계 표면 응력을 초과하는 표면 응력을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 저장 시스템.
  12. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 기재된 광학 저장 시스템에 기재된 것과 같은 광 저장매체(1).
  13. 매체(1)에 대해 판독 및 기록하는 동안, 광학헤드장치(6)가 매체(1)의 표면에 0.2 mm보다 가까운 거리에 위치하는 고밀도 광 기록 응용에서의 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 광학 저장 시스템의 광 저장매체(1)의 용도.
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