KR20050016549A - 이중층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도 - Google Patents

Abstract

400∼410nm의 파장과 0.84∼0.86의 개구수(NA)를 갖는 초점이 맞추어진 방사빔(29)을 사용하여 판독하기 위한 이중층 광 데이터 저장매체(20)가 개시된다. 이 매체는, 기판(21)과, 제 1 정보층을 포함하는 L0로 표시되는 복수의 층의 제 1 적층체(22)와, 제 2 정보층을 포함하는 L1으로 표시되는 복수의 층의 제 2 적층체(23)를 갖는다. L0와 L1 사이에 방사빔(29)에 투명한 스페이서층(24)이 존재한다. 두께 d_TS0와 유효 굴절률 n_TS0를 갖는 TS0로 표시되는 투과 적층체가 매체(20)의 L0와 입사면(26) 사이의 모든 층들을 포함한다. 두께 d_TS1과 유효 굴절률 n_TS1을 갖는 TS1으로 표시되는 투과 적층체가 매체의 L1과 입사면(26) 사이의 모든 층들을 포함한다. 스페이서층(24)은 20∼30㎛의 범위에서 선택된 두께를 갖고, 굴절률 n_TS0에 의존하는 두께 d_TS0와 굴절률 n_TS1에 의존하는 두께 d_TS1는 지정된 영역 내에 위치한다. 이에 따르면, 각각 L0와 L1의 제 1 및 제 2 정보층 모두의 신뢰할 수 있는 판독이 달성된다.

Description

이중층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도{DUAL STACK OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM AND USE OF SUCH MEDIUM}

본 발명은, 400nm 내지 410nm의 파장 λ와 0.84 내지 0.86의 개구수(NA)를 갖고 판독중에 광 데이터 저장매체의 입사면을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 적어도 판독을 행하는 이중층 광 데이터 저장매체로서,

- 이 저장매체의 일면에 존재하는 기판과,

- 제 1 정보층을 포함하는 L0로 표시되는 복수의 층의 제 1 적층체와,

- 제 2 정보층을 포함하는 L1으로 표시되는 복수의 층의 제 2 적층체를 구비하고,

이때, L1은 입사면에 가장 근접한 위치에 존재하고 L0는 L1 보다 입사면에서 더 멀리 떨어지며,

- L0와 L1 사이에 놓인 방사빔에 투명한 스페이서층과,

- 입사면과 L1 사이에 놓인 방사빔에 투명한 커버층과,

- 두께 d_TS0와 유효 굴절률 n_TS0를 갖고 L0와 입사면 사이의 모든 층들을 포함하는 TS0로 표시되는 투과 적층체와,

- 두께 d_TS1과 유효 굴절률 n_TS1을 갖고 L1과 입사면 사이의 모든 층들을 포함하는 TS1으로 표시되는 투과 적층체를 더 포함하는 이중층 광 데이터 저장매체에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 이와 같은 매체의 용도에 관한 것이다.

이와 같은 광 기록매체의 일 실시예는, 논문 "New Replication Process Using Function-assigned Resins for Dual-layered Disc with 0.1mm thick Cover layer," by K. Hayashi, K. Hisada and E. Ohno, Technical Digest ISOM 2001, Taipei, Taiwan에 공지되어 있다. 30㎛의 최소 스페이서층 두께가 개시되어 있다.

8 기가바이트(GB) 이상의 저장용량을 갖고 기록 및 재생용으로 적합한 광 저장매체를 얻기 위한 요구가 끊임없이 진행되어 왔다. 이와 같은 요구는, 일부의 디지털 비디오 디스크 또는 때로는 디지털 다기능 디스크로도 불리는 포맷(DVD)에 의해 충족된다. DVD 포맷들은, 재생 전용인 DVD-ROM과, 재기록가능한 데이터 저장을 위해 사용될 수도 있는 DVD-RAM, DVD-RW 및 DVD+RW와, 1회 기록형인 DVD-R로 분류될 수 있다. 현재, DVD 포맷들은 4.7GB, 8.5GB, 9.4GB 및 17GB의 용량을 갖는 디스크들을 포함한다.

8.5GB과, 특히 9.4GB(DVD-9) 및 17GB(DVD-18) 포맷들은 더욱 복잡한 구조를 나타내며, 보통 다수의 정보 저장층들을 포함한다. 4.7GB의 단일층 재기록형 DVD 포맷은, 예를 들어, 종래의 콤팩트 디스크(CD)와 유사하게 취급이 용이하지만, 비디오 기록 목적으로는 불충분한 저장용량을 제공한다.

최근에 제안된 높은 저장용량의 포맷은 디지털 비디오 레코딩(DVR)이다. 현재, DVR-레드와 DVR-블루의 2가지 포맷이 개발되고 있는데, 후자는 블루-레이 디스크(BD)로 불리며, 이때 레드 및 블루는 기록 및 판독용으로 사용된 레이저 빔 파장을 의미한다. 이와 같은 디스크는 용량 문제를 해결하고, 그것의 가장 간단한 형태는, DVR-블루 포맷에서 22GB를 넘는 용량을 갖고 고밀도 디지털 비디오 기록 및 저장에 적합한 단일 저장층 포맷을 갖는다.

DVR 디스크는, 일반적으로, 정보층의 일면 또는 양면에 정보 저장층을 갖는 디스크 형태의 기판을 구비한다. DVR 디스크는 1개 이상의 방사빔 투과층을 더 구비한다. 이들 층은 디스크를 판독하거나 디스크에 기록하는데 사용되는 방사빔에 대해 투과성을 갖는다. 예를 들어, 투과 커버층은 정보 저장층 위에 도포된다. 일반적으로, 고밀도 디스크에 대해서는, 비교적 작은 파장을 갖는 이와 같은 방사빔의 초점을 맞추기 위해 높은, 예를 들면 0.60보다 큰 개구수(NA)를 갖는 렌즈들이 사용된다. 0.60보다 큰 NA를 갖는 시스템에 대해서는, 예를 들어 두께 변동과 디스크 틸트 등에 대한 줄어든 공차들로 인해, 0.6-1.2mm의 기판 두께를 사용하여 기판 입사 기록을 적용하는 것이 더욱 더 어려워지게 된다. 이와 같은 이유로 인해, 높은 NA를 사용하여 기록 및 판독되는 디스크들을 사용할 때, 제 1 기록 적층체의 기록층에의 초점맞춤이 기판의 반대측에서 행해진다. 제 1 기록층을 외부환경으로부터 보호해야 하므로, 예를 들어, 0.5mm보다 얇은 적어도 1개의 비교적 얇은 방사빔 투과 커버층이 사용되어, 이 커버층을 통해 방사빔의 초점이 맞추어진다. 명백하게, 기판이 방사빔에 대해 투과성을 가질 필요성이 더 이상 존재하지 않으므로, 다른 기판 재료들, 예를 들면 금속이나 합금이 사용될 수도 있다.

이중층 광 저장매체는 이 매체의 동일한 면에서 판독되는 2개의 반사 정보층들을 갖는다. 제 2 기록 적층체가 존재하는 이와 같은 이중층 매체의 경우에는, 기록 적층체들 사이에 방사빔 투과 스페이서층이 필요하다. 제 2 기록 적층체의 기록층으로부터의 판독을 가능하게 하기 위해서는, 제 1 기록 적층체가 방사빔 파장에 대해 적어도 부분적으로 투명해야 한다. 이와 같은 스페이서층의 두께는 보통 30㎛보다 두껍다. 방사빔 광원과 기판에서 가장 멀리 위치한 기록 적층체 사이에 존재하는 방사빔 투과층 또는 투과층들은 보통 커버층들로 불린다. 사전에 제작된 시이트들이 투과층들로 사용되는 경우에는, 커버층들을 서로 접착시키기 위해 추가적인 투과 접착층들이 필요하다.

DVR 디스크에서는, 입사하는 방사빔에 대한 광경로 길이의 변동을 최소화하기 위해서는, 디스크의 반경방향으로의 연장 부분에 걸친 방사빔 투과층의 두께의 변동이나 요철을 주의깊게 조절하여야 한다. 특히, 대략 405nm와 같은 파장과 대략 0.85의 NA를 갖는 방사빔을 사용하는 BD, 즉 DVR-블루 디스크의 초점에서의 방사빔의 광학품질은, 투과층들의 두께의 변동에 비교적 민감하다. 전체 층 두께는, 예를 들면, 제 1 정보 기록층 상에 초점이 맞추어진 방사빔의 최소 광학 구면수차를 얻기 위해 최적값을 갖는다. 이와 같은 광학 두께로부터 예를 들면 +/-5㎛의 편차가 이미 상당한 양의 이와 같은 종류의 수차를 도입하게 된다. 이와 같은 작은 범위로 인해, 시스템의 공차를 최적으로 사용하고 매체를 제조하는데 있어서 높은 수율을 얻기 위해서는, 투과층의 평균 두께가 그것의 최적 두께와 같거나 이 값에 근접해야 하는 것이 중요하다. 두께 오차가 두께의 공칭 설정값 주위에서 가우시안 분포된다고 가정하면, 제조중의 공칭 두께의 목표 설정값이 DVR 디스크의 사양에서와 같은 커버층의 최적 두께와 거의 같을 때, 상기한 사양을 따라지 않는 제조된 디스크들의 수가 최소가 된다는 것이 명백하다. DVD 이중층 디스크에 대해 스페이서층 두께에 대한 2가지 연구가 최근에 공표되었다. 0.6의 개구수, 0.58mm의 기판을 통한 판독과, 405nm 파장의 빛이 사용되었다. Lee et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol 40(2001) pp 1643-1644에 의해 30㎛의 최적의 스페이서층 두께가 확인되었으며, Higuchi and Koyanagi, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39(2000) 933[4]에 의해 40㎛의 최적의 스페이서층 두께가 확인되었다.

0.1mm의 얇은 커버층과, 0.85의 높은 NA 및 405nm의 파장을 갖는 시스템에 대해서는, (λ/NA⁴에 비례하는) 구면수차의 추가적인 보상이 필요하다. 인접한 층으로부터의 간섭을 무시하기 위해서는, 최소 30㎛의 스페이서층이 필요한 것으로 간주되었다. 이와 같은 구성은, 구면수차 보상을 위한 필요한 범위를 커버하기 위해서는 이와 같은 경우에 이 매체를 판독하기 위한 드라이브 설계가 다소 복잡해져야 한다는 문제점을 갖고 있다. 더구나, 이와 같은 매체의 커버층은 비교적 얇아지므로, 밑에 있는 층들이 더욱 더 손상을 입기 쉬워진다.

결국, 본 발명의 목적은, 제 1 정보층과 제 2 정보층으로부터 신뢰성있는 데이터 판독을 제공하는 서두에 기재된 것과 같은 종류의 매체를 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에 따르면, 상기 스페이서층이 20∼30㎛의 범위에서 선택된 두께를 갖고, 굴절률 n_TS0에 의존하는 상기 두께 d_TS0가 도 1의 상부 음영 영역 내부에 놓이며, 굴절률 n_TS1에 의존하는 상기 두께 d_TS1이 도 1의 하부 음영 영역 내부에 놓이는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장매체에 의해 달성된다. 투과 적층체들(Transmission Stacks: TS)의 사양은, 해당하는 기록 적층체 위에 있는 모든 가능한 층들, 예를 들면, 포일(foil)들의 경우에는 접착층들, TS0의 경우에는 스페이서층과 L1의 반투명 기록 적층체, 커버층 및 해당하는 경우에는 보호 코팅을 포함한다. EP-A-1047055에는, 광투과 커버층 또는 스페이서층으로서, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC) 등의 폴리머층을 사용하고, UV 경화 액체 수지의 얇은 스핀코팅된 층 또는 압력 감지 접착제(pressure sensitive adhesive)를 사용하여 이 층을 정보 저장층에 부착시키는 것이 공지되어 있다.

높은 NA를 갖는 블루 시스템에 대해 최소의 스페이서층 두께를 찾기 위해, 매체에서 판독될 때, 스페이서층 두께의 함수로써의 데이터 품질의 의존성을 조사하였다. 대체로, 스페이서층 두께 또는 제 1 정보층과 제 2 정보층의 간격의 크기는, 광학매체 드라이브의 광 픽업장치(OPU)의 광 검출기의 크기, 광 검출기로부터 매체에의 배율, 제 1 및 제 2 정보층들의 반사율 비율과, 2개의 층들 사이의 거리, 즉 스페이서층의 두께에 의존한다는 것이 밝혀졌다. 안정적인 OPU 설계는 광 검출기의 크기와 대물렌즈 및 시준렌즈의 배율을 제한한다. 경시변화 및 정렬오차에 대한 공차는 100㎛의 최소 검출기 크기와 약 10의 배율을 필요로 한다. 먼저, 기록 성능에 미치는 미광(stray-light)의 영향을 모델링하였다. 주된 영향은 신호대 잡음비의 감소를 일으키는 신호 변조의 감소에서 발생한다(도 3). 두 번째 단계에서는, 스페이서층 두께의 함수로써의 미광의 양을 광선추적을 사용하여 모사하였다(도 4).

일 실시예에서는, 매체의 전체 영역에 대해 측정하였을 때, 매체의 23mm 및 24mm의 반경 사이에서 d_TS0 및 d_TS1의 평균값들 각각으로부터의 d_TS0 및 s_TS1의 최대 편차들이 ±2㎛을 넘지 않는다. 이와 같은 구성은, 매체의 제 1 정보층이나 매체의 제 2 정보층이 광학매체 드라이브에 의해 주사될 때, 구면수차에 대한 상당한 양의 교정이 필요하지 않다는 이점을 갖는다. 주사중에, 매체가 회전하는 동안, OPU가 반경방향의 안쪽으로 또는 반경방향의 바깥쪽으로 움직이게 된다. TS0와 TS1의 두께 변동이 상기한 한계값들 내에 속하면, 매체의 전체 영역에 걸쳐 구면수차도 허용가능한 한계에 놓인다. 교정이 필요한 유일한 예는, OPU가 제 1 정보층 상에의 초점맞춤으로부터 제 2 정보층 상에의 초점맞춤으로 전환하거나 역으로 전환할 때이다.

또 다른 실시예에 있어서는, n_TS0와 n_TS1이 모두 1.6의 값을 갖고, 다음과 같은 조건들: 95㎛≤d_TS0≤105㎛ 및 70㎛≤d_TS1≤80㎛이 충족된다. 투명층들로 사용되는 대부분의 플라스틱 재료들은 1.6 또는 거의 이 값에 근접하는 굴절률을 갖는다. 이와 같은 경우에, 두께가 전술한 범위들에 속할 때, 신뢰할 수 있는 판독이 가능하다.

또 다른 실시예에 있어서는, 스페이서층 두께가 25㎛ 또는 25㎛에 거의 근접하고, 커버층 두께가 75㎛ 또는 75㎛에 거의 근접한다. 제조 관점에서, 거의 일정한 값의 스페이서층 및 커버층 두께를 사용하는 것이 유리하다. 예를 들어, 한가지 제조방법은, 소정의 두께를 갖는 압력 감지 접착제(PSA)를 도포하고, 이것을 매체의 나머지 층들과 접촉시킨 후에 UV 경화시키는 것이다. 이와 같은 재료는, 보통 일면 또는 양면에 PSA를 갖는 포일의 시이트로서 주어지며, 이들 시이트들은 소정의 두께를 갖도록 제조된다.

이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다:

도 1은 굴절률의 함수로써의 투과 적층체들 TS0 및 TS1의 두께의 허용 범위를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 이중층 기록매체의 배치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3은 인접한 초점을 벗어난 정보층에서의 미광의 함수로써의 판독시의 데이터-클록(data-to-clock) 지터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.

도 4는 스페이서층 두께의 함수로써의 광 검출기 상에 반사된 빛의 광선추적 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.

도 1에는, TS0 및 TS1에 대한 허용되는 두께 범위가 표시되어 있다. 굴절률 n_TS0에 의존하는 두께 d_TS0는 상부 음영 영역(1)에 놓이고, 굴절률 n_TS1에 의존하는 두께 d_TS1은 하부 음영 영역(2)에 놓인다. 스페이서층(24)(도 2)은 20∼30㎛ 범위에서 선택된 두께를 갖는다.

도 2에는, 본 발명에 따른 이중층 광 데이터 저장매체(20)의 일 실시예가 도시되어 있다. 405nm의 파장 λ와 0.85의 개구수(NA)를 갖는 초점이 맞추어진 레이저 빔(29)이 판독중에 매체(20)의 입사면(26)을 통해 입사한다. 폴리카보네이트로 제조된 기판(21)은 그것의 일면에, 제 1 정보층을 포함하는 L0로 표시되는 복수의 층들의 제 1 적층체(22)와, 제 2 정보층을 포함하는 L1으로 표시되는 복수의 층들의 제 2 적층체(23)를 갖는다. L1은 입사면(26)에 가장 근접한 위치에 존재하고, L0는 L1보다 입사면(26)으로부터 더 멀리 떨어져 위치한다. UV 경화 수지, 예를 들면 DIC에 의해 제조된 SD694로 이루어진 투명 스페이서층(24)이 L0와 L1 사이에 위치한다. 투명 커버층(25)은, 입사면(26)과 L1 사이에 존재하며, 동일한 재료 또는 압력 감지 접착제(PSA)를 갖는 PC 또는 PMMA의 시이트로 제조될 수 있다. 스페이서층은 PSA와 결합된 시이트일 수도 있다. TS0로 표시되는 투과 적층체는 100㎛의 두께 d_TS0와 유효 굴절률 n_TS0=1.6을 갖고 L0와 입사면(26) 사이의 모든 층을 포함한다. L1 적층체(23)는 최대 수백 nm의 비교적 적은 두께를 가져, 그것의 영향을 무시할 만하다. 물론, L1은 광 투과율에 영향을 미치기는 하지만, 이와 같은 국면은 본 명세서에서는 취급하지 않는다. TS1으로 표시되는 투과 적층체는, 75㎛의 두께와 1.6의 유효 굴절률 n_TS1을 갖고, L1과 입사면(26) 사이의 모든 층들을 포함한다. 스페이서층(24)은 25㎛의 두께를 갖는다. 굴절률 n_TS0=1.6에서의 두께 d_TS0=100㎛은 도 1의 상부 음영 영역에 속하며, 굴절률 n_TS0=1.6에서의 두께 d_TS1=75㎛은 도 1의 하부 음영 영역에 속한다.

도 3에서는, L0의 제 1 정보층을 판독할 때, %의 단위를 갖는 모델링된 데이터-클록 지터를 초점을 벗어난 층, 예를 들면 L1의 제 2 정보층으로부터의 미광의 함수로써 그래프 30으로 표시하였다. 미광이 없을 때의 지터는 5.8%가 되도록 선택되었다. 15%의 미광 레벨에서는, 지터가 5.8%에서 6.5%로 증가되었는데, 이것은 허용될 수 있다.

도 4에는, 스페이서층 두께의 함수로써의 광 검출기에 반사된 빛의 광선추적 시뮬레이션 결과를 그래프 40으로 표시하였다. 미광의 15% 상한은 점선 41로 표시하였다. 100㎛의 OPU 검출기 크기와 10의 배율에 대해 스페이서층 두께의 함수로써의 미광을 계산하였다. 15%보다 작은 미광을 보증하기 위한 최소의 스페이서층(24)(도 2) 두께는 20㎛이다.

본 발명에 따르면, 400∼410nm의 파장과 0.84∼0.86의 개구수(NA)를 갖는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 판독하기 위한 이중층 광 데이터 저장매체가 개시된다. 이 매체는, 기판과, 제 1 정보층을 포함하는 L0로 표시되는 복수의 층의 제 1 적층체와, 제 2 정보층을 포함하는 L1으로 표시되는 복수의 층의 제 2 적층체를 갖는다. L0와 L1 사이에 방사빔에 투명한 스페이서층이 존재한다. 두께 d_TS0와 유효 굴절률 n_TS0를 갖는 TS0로 표시되는 투과 적층체가 매체의 L0와 입사면 사이의 모든 층들을 포함한다. 두께 d_TS1과 유효 굴절률 n_TS1을 갖는 TS1으로 표시되는 투과 적층체가 매체의 L1과 입사면 사이의 모든 층들을 포함한다. 스페이서층은 20∼30㎛의 범위에서 선택된 두께를 갖고, 굴절률 n_TS0에 의존하는 두께 d_TS0와 굴절률 n _TS1에 의존하는 두께 d_TS1는 지정된 영역 내에 위치한다. 이에 따르면, 각각 L0와 L1의 제 1 및 제 2 정보층 모두의 신뢰할 수 있는 판독이 달성된다.

Claims (5)

1. 400nm 내지 410nm의 파장 λ와 0.84 내지 0.86의 개구수(NA)를 갖고 판독중에 광 데이터 저장매체의 입사면을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 적어도 판독을 행하는 이중층 광 데이터 저장매체로서,

   이 저장매체의 일면에 존재하는 기판과,

   제 1 정보층을 포함하는 L0로 표시되는 복수의 층의 제 1 적층체와,

   제 2 정보층을 포함하는 L1으로 표시되는 복수의 층의 제 2 적층체를 구비하고,

   이때, L1은 입사면에 가장 근접한 위치에 존재하고 L0는 L1 보다 입사면에서 더 멀리 떨어지며,

   L0와 L1 사이에 놓인 방사빔에 투명한 스페이서층과,

   입사면과 L1 사이에 놓인 방사빔에 투명한 커버층과,

   두께 d_TS0와 유효 굴절률 n_TS0를 갖고 L0와 입사면 사이의 모든 층들을 포함하는 TS0로 표시되는 투과 적층체와,

   두께 d_TS1과 유효 굴절률 n_TS1을 갖고 L1과 입사면 사이의 모든 층들을 포함하는 TS1으로 표시되는 투과 적층체를 더 포함하는 이중층 광 데이터 저장매체에 있어서,

   상기 스페이서층이 20∼30㎛의 범위에서 선택된 두께를 갖고, 굴절률 n_TS0에 의존하는 상기 두께 d_TS0가 도 1의 상부 음영 영역 내부에 놓이며, 굴절률 n_TS1에 의존하는 상기 두께 d_TS1이 도 1의 하부 음영 영역 내부에 놓이는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장매체.
2. 제 1항에 있어서,

   매체의 전체 영역에 대해 측정하였을 때, 매체의 23mm 및 24mm의 반경 사이에서 d_TS0 및 d_TS1의 평균값들 각각으로부터의 d_TS0 및 s_TS1의 최대 편차들이 ±2㎛을 넘지 않는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장매체.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   n_TS0와 n_TS1이 모두 1.6의 값을 갖고, 다음과 같은 조건들: 95㎛≤d_TS0≤105㎛ 및 70㎛≤d_TS1≤80㎛이 충족되는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장매체.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   스페이서층 두께가 25㎛ 또는 25㎛에 거의 근접하고, 커버층 두께가 75㎛ 또는 75㎛에 거의 근접하는 것을 특징으로 하는 광 데이터 저장매체.
5. 제 1 정보층과 제 2 정보층 모두로부터 신뢰할 수 있는 데이터 판독을 위한 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 기재된 광 데이터 저장매체의 용도.