KR20050032689A - 고밀도 재생전용 광디스크 - Google Patents

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KR20050032689A
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김주호
김현기
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Abstract

고밀도 재생전용 광디스크가 개시된다.
본 발명은 피트가 형성되어 있는 기판; 결정질 재생 보조층;제 1 유전체층; 및 금속산화물로 이루어진 마스크층을 포함하는 고밀도 재생전용 광디스크를 제공하며, 본 발명에 따르면 레이저 다이오드의 단파장화나 대물렌즈의 개구율을 높이지 않고도 대용량 및 고밀도화를 달성할 수 있다.

Description

고밀도 재생전용 광디스크{High density read only optical disc}
본 발명은 광디스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디스크 내부에 초해상 구조(Super-Resolution Structure)를 도입함으로써 레이저 빔의 분해능 이하 크기의 마크(피트)를 재생할 수 있는 고밀도 재생전용 광디스크에 관한 것이다.
광디스크는 그 기능에 따라, 기록되어진 정보를 재생만 하는 재생 전용형(Read Only Memory; ROM)과 1회에 한하여 기록이 가능한 추기형(Write Once Read Many: WORM 또는 Recordable) 및 기록 후 소거 및 재기록이 가능한 소거가능형(Erasable 또는 Rewrittable)으로 구분된다.
추기형 광디스크의 일례로서, CD-R(Compact Disc Recordable)이 있다. CD-R은 780nm의 기록 레이저를 시아닌, 프탈로시아닌 등의 유기색소로 이루어진 기록층에 조사하여 색소층의 분해, 기판 및 반사막의 변형 등을 유발시키고, 1mW 이하의 낮은 파워로 기록된 신호를 읽어내는 광기록 매체로서 650MB 정도의 기록 용량으로 데이터, 음악, 화상 등 다양한 형태의 데이터를 기록 재생하는 용도로 널리 사용되고 있다.
그러나, CD-R 또는 CD-RW(Compact Disc Rewritable)과 같이 780nm의 기록파장을 이용하는 광기록 매체는 그 용량이 동화상을 저장하기에는 부족할 뿐만 아니라 날로 복잡해지는 멀티미디어 환경에서 사용하기에는 부족한 점이 많다.
이와 같은 문제점을 극복하고자 개발된 것이 630-680nm의 단파장 레이저를 사용하여 단면 2.6 내지 4.7GB의 용량을 실현한 것이 DVD(Digital Versatile Disc) 이며, DVD 역시 재생전용(DVD), 추기형(DVD-R) 및 소거가능형(DVD-RAM, DVD+RW, DVD-RW)으로 분류될 수 있다. DVD-R은 기록 레이저를 기록층에 조사함으로써 기록층의 변형 및 분해를 유발하여, DVD-RAM, DVD-RW 등은 상변화에 의한 광학적 특성의 변화를 유발하여 데이터를 기록한다. 특히, 유기색소를 사용한 DVD-R은 DVD-ROM과의 호환성, 가격 및 용량면에서 다른 매체에 비해 상대적으로 유리한 위치에 있기 때문에 관심이 집중되고 있다.
이처럼 최근 등장하고 있는 다수의 미디어에 있어서 가장 큰 이슈는 용량이며, 이 용량의 증대를 위한 여러 가지 방법이 시도되고 있다. 재생전용 광디스크에 기록된 정보는 피트로서, 사전에 기판상에 형성되어 있다. 그 정보를 재생시에는 재생장치에 의해 광디스크에 레이저빔을 조사하고 피트에 의한 반사빔의 강약을 광검출기로 측정한다. 예컨대, 피트가 있다면 반사빔은 약하고 피트가 없다면 반사빔은 강하게 된다. 이러한 재생전용 디스크에 기록할 수 있는 정보량은 정해진 면적내에 정확히 재생가능한 작은 형태의 피트를 얼마나 많이 집어넣고, 또 이러한 피트를 정확히 재생할수 있는 레이저빔의 특성에 우선적으로 의존한다. 레이저 다이오드로부터 발생되는 빛은 픽업의 대물렌즈를 통하여 집속해도 회절영향 때문에 무한히 작은 한 점으로는 모아지지 않고 유한 폭을 가진 빔으로 형성되며, 이를 회절한계(diffraction limit)라 한다. 일반적인 광디스크의 경우에는 광원의 파장이 λ 이고, 대물렌즈의 개구수가 NA (Numerical Aperture) 일 때, λ/4NA가 재생 분해능의 한계가 된다. 따라서, 광원의 파장이 짧아지거나 대물렌즈의 개구수가 커질수록 기록용량이 증대하게 된다. 그러나, 현재의 레이저 기술로는 파장이 짧은 레이저를 제공하는데 한계가 있고, 개구수가 큰 대물렌즈를 제조하기 위해서는 제조비용이 고가라는 한계점이 있으며, 또한 대물렌즈의 개구수가 커질 수록 픽업과 디스크 사이의 거리(working distance)가 매우 짧아지기 때문에 픽업과 디스크의 충돌에 의해 디스크 표면이 손상됨으로써 데이터가 손실될 우려가 커지게 된다.
일반적으로 이용되고 있는 적색레이저의 경우 파장은 635nm이고 NA는 0.6이므로 재생 분해능의 한계는 265nm가 된다.
제 1도는 기판상에 은으로 형성된 반사층을 가지는 종래의 재생전용 디스크에 관한 것으로서, 피트의 길이와 CNR과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 1로부터 피트의 길이가 300nm 이상이면 CNR이 40dB 이상이며 피트로서 기록된 정보의 재생이 양호하지만, 피트의 길이가 300nm보다 작게 되면 CNR이 급격히 떨어지며, 피트의 길이가 250nm 이하이면 CNR은 거의 0이 된다는 것을 알 수 있다.
최근 이러한 재생 분해능의 한계를 극복하기 위하여 초해상 근접장 구조(Super-Resolution Near-Field Structure:super-RENS)의 광디스크가 연구되고 있다. 초해상 근접장 구조는 광디스크에 특수한 마스크층을 형성하고, 정보를 재생할 때에, 마스크층에 발생하는 표면 플라즈몬을 이용하는 것이다. 예컨대, 산화은을 이용한 마스크층을 구비한 광디스크의 경우에는 산화은이 레이저빔에 의해 은과 산소로 분해되고 분해된 은이 표면 플라즈몬을 발생시키며, 이러한 표면 플라즈몬에 의해 근접장 재생(Near Field Reading)이 가능해지고 상기 재생 분해능 한계를 극복하여 매우 작은 기록 마크를 재생해 낼 수 있게 된다.
도 2에는 이처럼 산화은 마스크층을 구비한 기록형 광디스크의 구조 및 기록원리를 개략적으로 나타내었다.
기록형 광디스크에서는 약 10-15mW의 파워를 갖는 레이저 빔을 조사하여 기록층에 기록을 하는데, 이 경우에 금속산화물이 금속입자와 산소로 분해되며, 재생시에 상기 미소 금속입자의 표면에 플라즈몬이 형성된다. 그러나 재생전용 광디스크에서는 이러한 기록과정이 없이 피트의 형태로 기판 상에 정보가 기록되어 있기 때문에 금속산화물이 금속입자와 산소로 분해되는 과정이 발생하지 않는다. 따라서, 낮은 파워의 레이저 빔만을 사용하는 재생전용 광디스크에도 초해상 근접장 구조의 효과를 나타나게 할 수 있는 구조 및 재료의 선정이 문제가 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저 다이오드의 단파장화나 대물렌즈의 개구율을 높이지 않고도 대용량 및 고밀도화를 달성할 수 있으며, 초해상 구조의 효과를 재생전용 광디스크에 적용할 수 있는 고밀도 광디스크를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 고밀도 광디스크에 기록된 정보를 재생하는 재생방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 상기 고밀도 광디스크에 기록된 정보를 재생하는 재생장치를 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
피트가 형성되어 있는 기판;
결정질 재생 보조층;
제 1 유전체층; 및
금속산화물로 이루어진 마스크층을 포함하는 고밀도 재생전용 광디스크를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 결정질 재생 보조층은 Sb 또는 Te 중 하나 이상의 원소를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 결정질 재생 보조층은 Sb 또는 Sb2Te3로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속산화물은 PtOx, PdOx, AuOx, AgOx 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 광디스크는, 상기 기판과 결정질 재생 보조층 사이에 제 2 유전체층을 더 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 금속산화물은 PtOx인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광디스크는 상기 마스크층 상에 제3 유전체층을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 유전체층은 ZnS-SiO2, SiOx, SiNx, AlOx 또는 AlNx인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,
상기 고밀도 재생전용 광디스크에 기록된 정보를 플라즈몬에 의한 초현상 구조의 효과에 의해 재생하는 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 달성하기 위하여,
상기 고밀도 재생전용 광디스크에 기록된 정보를 플라즈몬에 의한 초현상 구조의 효과에 의해 재생하는 재생장치를 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3에는 피트가 형성되어 있는 투명 기판(10) 위에 결정질 재생 보조층(50), 제 1유전체층(20) 및 마스크층(11)이 순차적으로 형성되어 있는 본 발명의 일 실시예에 의한 광디스크를 나타내었다.
상기 피트가 형성되어 있는 기판(10)은 기록 레이저의 파장에서 높은 투명도를 가지며, 우수한 내충격성, 내열성, 내환경성 등을 갖는 재료로서 사출성형과 같은 통상의 기판 제조방법에 의해 성형이 가능한 재료 중에서 선택된다. 구체적으로 예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 에폭시, 폴리에스테르, 비정질 폴리올레핀(amorphous polyolefin) 등이 있다.
결정질 재생 보조층(50)은 재생시 고반사율을 얻음과 동시에 초해상 효과를 증가시키기 위한 것으로서, 박막 형성 직후에 결정질인 것을 특징으로 한다. 이미 언급한 바와 같이, 본 발명에 사용되는 마스크층(11)은 금속산화물로 이루어지기 때문에 표면플라즈몬을 형성하여 초해상 근접장 효과를 얻기 위해서는 상기 금속산화물이 미소 금속 입자와 산소로 분해되는 과정이 필요하다. 그러나 재생과정에서 사용되는 레이저의 파워는 상기 금속산화물을 분해시킬 정도의 에너지를 갖지 못하기 때문에 문제가 되는데, 상기 금속산화물로 이루어진 마스크층(11) 내에는 미세한 양이지만 환원된 형태의 금속입자가 존재할 수 있고 이러한 금속입자가 표면플라즈몬의 원천이 된다고 판단된다. 이 때 상기 재생 보조층(50)은 상기 마스크층(11)의 초해상 근접장 효과를 증가시키는 역할을 한다고 판단된다.
또한, 마스크층은 금속산화물이기 때문에 반사율이 저조하므로 상기 재생 보조층(50)은 반사층으로서의 역할도 겸비한다. 한편, 이러한 재생 보조층(50)이 결정질이어야 하는데 그 이유는 초기에 결정화하는 과정을 생략하도록 하기 위함이다. 즉, 일반적으로 반사층 내지 재생 보조층으로 사용할 수 있는 Ge-Sb-Te 또는 Ag-In-Sb-Te 합금의 경우에는 성막 직후의 상태가 비정질이기 때문에 1회 재생시에 재생 레이저의 파워에 의해 결정질화가 되고 이에 따라 1회 재생시와 2회 재생시의 반사율이 다르게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 디스크 제작 직후에 비정질층을 결정질층으로 만드는 초기화 과정이 필요한데, 이는 추가적인 비용과 공정을 필요로 한다. 그러나, 본 발명에서와 같이, 성막 직후에 결정질 상태인 재생 보조층을 사용하면 이러한 초기화 과정을 생략할 수 있다. 이러한 결정질 재생 보조층으로 사용할 수 있는 재료로는 특별히 제한되지는 않으며, 예컨대, Sb 단원소 또는 Te에 Sb, Sn, Pb, Bi, Ge, As 중 적어도 어느 한 원소를 혼합한 재료인 것이 바람직하며, 더 바람직하기로는 Sb 또는 Sb2Te3이다. 상기 재생 보조층은 일반적으로 진공증착, 전자빔 또는 스퍼터링 등의 방법에 의해 5 내지 50nm 두께로 형성하는 것이 충분한 반사율과 신뢰성 확보 면에서 바람직하다.
본 발명에 따라 마스크층에 사용되는 금속산화물은 PtOx, PdOx, AuOx, AgOx 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하며, 예컨대 스퍼터링법에 의해 형성된다. PtOx로 이루어진 마스크층을 성막하는 경우, 진공용기 내에 아르곤 및 산소를 주입하고 백금을 타겟으로 하여 스퍼터링하면 마스크층을 형성할 수 있으며, 마스크층의 두께는 1.5∼10.0nm인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광디스크에는 재생 보조층(50)과 마스크층(11) 사이에 제 1유전체층(14)이 구비되는데, 이는 확산방지층으로서의 역할을 한다. 한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 상기 재생 보조층(50)과 기판(10) 사이에 제 2유전체층(30)을 더 포함할 수 있으며, 상기 마스크층(11) 위에 제 3유전체층(40)을 더 포함할 수도 있다. 상기 제 2유전체층(30)은 열에 의한 기판의 손상을 방지하는 역할을 하고, 제 3유전체층은 마스크층을 보호하는 역할을 수행한다. 도 4에는 본 발명의 실시예 4에 따른 광디스크의 구조의 개략도를 나타내었다.
상기 유전체층의 재료는 ZnS-SiO2, SiOx, SiNx, AlOx 또는 AlNx일 수 있다.
본 발명에 따른 고밀도 재생전용 광디스크의 재생방법은 적절한 파워의 레이저 빔을 조사하는 것에 의해, 표면 플라즈몬이 초현상 구조의 효과를 나타냄으로써, 기록된 정보를 재생하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 재생전용 광디스크를 재생하는 재생장치는 본 발명에 따른 광디스크에서 초현상 구조의 효과를 통해, 기록된 정보를 재생할 수 있는 한 특별히 제한되지는 않는다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
DVD와 동일한 0.74㎛의 트랙피치를 가지며, 피트가 형성되어 있는 0.6mm 두께의 폴리카보네이트(PC)기판 상에, 결정질 재생 보조층으로서 Sb를 스퍼터링하여 30nm 두께의 박막을 형성한 다음, 제 1유전체층으로서 ZnS-SiO2를 스퍼터링으로 성막하고, 진공용기 내에 아르곤 및 산소를 주입하고 백금을 타겟으로 하여 스퍼터링함으로써 3.5nm두께의 PtOx 마스크층을 성막하였다. 이 때 아르곤의 유량은 15scm, 산소의 유량은 9scm으로 하였고, 증착압력은 3.8mTorr였다.
실시예 2
재생 보조층으로서 Sb2Te3 층을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생전용 광디스크를 제조하였다.
실시예 3
기판과 재생 보조층 사이에 25nm 두께의 ZnS-SiO2를 추가로 더 성막한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생전용 광디스크를 제조하였다.
실시예 4
마스크층 위에 50nm 두께의 ZnS-SiO2를 추가로 더 성막한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 재생전용 광디스크를 제조하였다.
비교예 1
트랙 피치 0.74㎛이며, 피트가 형성되어 있는 0.6㎜ 두께의 폴리카보네이트(PC) 기판에 반사막으로서 Ag를 스퍼터링법으로 성막하여 마스크층이 없는 재생전용 광디스크를 제조하였다.
비교예 2
트랙 피치 0.74㎛이며, 피트가 형성되어 있는 0.6㎜ 두께의 폴리카보네이트(PC) 기판에 25nm 두께를 갖는 유전체층과 3.5nm 두께를 갖는 마스크층을 순차적으로 성막하여 재생보조층이 없는 구조의 재생전용 광디스크를 제조하였다.
시험예 1
상기 실시예 1∼4 및 비교예 1∼2에서 얻어진 디스크의 성능을 635nm, NA 0.60의 픽업을 갖는 DVD 평가용 설비로 평가하였다. 선속도는 3m/s, 재생파워는 3mW로 하여 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 알 수 있듯이, 이 경우의 재생 분해능(λ/4NA)은 265nm에 해당이 되며, DVD에서 최소 피트의 길이는 400nm인데, 비교예 1에 의해 제조된 광디스크에서는 분해능 265nm보다 작은 250nm 및 200nm의 피트에서는 C/N이 전혀 얻어지지 않았으며, 비교예 2의 경우에도 15dB 이하의 C/N이 얻어졌지만, 본 발명의 실시예 1∼4의 경우에는 250nm의 피트에서 약 30db이상의 C/N을 얻을 수 있으며 특히 실시예 3과 4의 경우에는 현재 실용화 가능한 수준인 약 40dB 이상의 C/N을 얻을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 고밀도 재생전용 광디스크는 레이저 다이오드의 단파장화나 대물렌즈의 개구율을 높이지 않고도 대용량 및 고밀도화를 달성할 수 있으며, 결정질 재생 보조층을 사용함으로써 충분한 반사율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 초해상 효과를 증가시킬 수 있으며, 결정화를 위한 초기화 작업이 필요 없기 때문에 비용 및 공정면에서 유리하다.
도 1은 종래의 재생전용 광디스크의 피트의 길이와 CNR과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래의 초해상 구조를 이용한 기록형 광디스크의 구조 및 기록원리를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 광디스크 구조의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 광디스크 구조의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1∼4 및 비교예 1∼2에서 얻어진 광디스크의 성능 평가에 대한 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10: 기판 11: 마스크층
12: 기록층 13: 반사층
14: 유전체층 15: 기록마크
20: 제1 유전체층 30: 제2 유전체층
40: 제3 유전체층 50: 재생 보조층

Claims (10)

  1. 피트가 형성되어 있는 기판;
    결정질 재생 보조층;
    제 1 유전체층; 및
    금속산화물로 이루어진 마스크층을 포함하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 결정질 재생 보조층은 Sb 또는 Te 중 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 결정질 재생 보조층은 Sb 또는 Sb2Te3로 이루어진 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물은 PtOx, PdOx, AuOx, AgOx 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 기판과 결정질 재생 보조층 사이에 제 2 유전체층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 금속산화물은 PtOx인 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 마스크층 상에 제3 유전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  8. 제 1항, 5항 또는 7항에 있어서, 상기 유전체층은 ZnS-SiO2, SiOx, SiNx, AlOx 또는 AlNx인 것을 특징으로 하는 고밀도 재생전용 광디스크.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 의한 고밀도 재생전용 광디스크에 기록된 정보를 플라즈몬에 의한 초현상 구조의 효과에 의해 재생하는 재생방법.
  10. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 의한 고밀도 재생전용 광디스크에 기록된 정보를 플라즈몬에 의한 초현상 구조의 효과에 의해 재생하는 재생장치.
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