KR20050084647A - 다층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도 - Google Patents

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쉬엔델 마르크 반
후베르트 씨. 에프. 마르텐스
벤노 티에케
구오푸 쵸우
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 다층 광 데이터 저장매체(10)에 관한 것이다. 이 매체는, L0로 표시되는 제 1 기록 적층체(13)가 일면에 존재하는 제 1 기판(1a)과, 두께 tRL1과 파장 λ에서 복소 굴절률 nλ-i*kλ를 갖는 기록형 L1 기록층(4)을 포함하는 L1으로 표시되는 제 2 기록 적층체(12)가 일면에 존재하는 제 2 기판(1b)을 구비한다. 매체의 방사빔(20) 입사면(11)으로부터 가장 멀리 떨어진 측에 L1 기록층(4)에 인접하여 제 2 반사층(6)이 존재한다. 제 2 기록 적층체 L1(12)은 L0 기록 적층체(13)보다 입사면(11)에 더 근접한 위치에 존재한다. 방사빔에 투명한 스페이서층(9)이 기록 적층체들(12, 13) 사이에 삽입된다. 반사율 레벨에 관한 한 DVD-9 ROM 표준과의 호환성을 달성하기 위해, 제 2 반사층(6)이 금속 Cu를 주로 함유하고 8-20nm의 범위에서 선택된 두께 tMLn을 가지며, 기록형 L1 기록층(4)의 두께 tRL1 및 kλ가 수식 tRL1*kλ≤8nm를 만족한다.

Description

다층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도{MULTI-STACK OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM AND USE OF SUCH MEDIUM}
본 발명은, 파장 λ를 갖고 기록중에 매체의 입사면을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 기록하는데 사용되며,
기록형 L0 기록층과, 이 L0 기록층과 제 1 기판 사이에 존재하는 제 1 반사층을 구비한 L0로 표시되는 제 1 기록 적층체가, 일면에 존재하는 제 1 기판과,
두께 tRL1과 파장 λ에서 복소 굴절률 nλ=i*kλ를 갖는 기록형 L1 기록층과, 입사면에서 가장 멀리 떨어진 측에 L1 기록층에 인접하여 존재하는 제 2 반사층을 구비하고, L0 기록 적층체보다 입사면에 더 근접한 위치에 존재하는 L1으로 표시되는 제 2 기록 적층체가, 일면에 존재하는 제 2 기판과,
방사빔에 대해 투명하고, 상기 기록 적층체들 사이에 삽입되며, 초점이 맞추어진 방사빔의 초점심도보다 큰 두께를 갖는 스페이서층을 적어도 구비하는 다층 광 데이터 저장매체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 이와 같은 매체의 용도에 관한 것이다.
서두에 기재된 것과 같은 광 기록매체의 일 실시예는 유럽특허출원 EP 1067535A2에 공지되어 있다. 이 매체의 가장 일상적인 실시예는 원형 디스크이다.
광 기록매체의 시장과 관련하여, 지금까지 가장 중요하고 성공적인 포맷은 1회 기록형 포맷인 콤팩트 디스크 레코더블(CD-R)인 것은 명백하다. 콤팩트 디스크 리라이터블(CD-RW)에 의한 중요성의 인수가 오래전부터 예측되었지만, CD-R 매체의 실제 시장규모는 여전히 CD-RW보다 최소한 한자리수가 크다. 더구나, 드라이브에 대한 가장 중요한 파라미터는 RW에 대한 것이 아니라 R-매체에 대한 최대 기록속도이다. 물론, 예를 들어, CD-RW에 대한 마운트 레이니어(Mount Rainer) 표준화로 인해, CD-RW로의 시장의 이동이 여전히 가능하기는 하다. 그러나, R-포맷은 그것의 100%에 이르는 호환성으로 인해 매우 큰 매력을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다.
최근에, 디지털 다기능 디스크(DVD)가 CD에 비해 훨씬 높은 데이터 저장용량을 갖는 매체로서 시장점유율을 얻었다. 현재, 이와 같은 포맷은 판독전용(ROM) 및 재기록형(RW) 버전으로 존재한다. DVD 리라이터블(DVD+RW) 표준에 뒤이어, 새로운 기록형(R), 즉 1회 기록형인 DVD+R 표준이 개발되었다. 새로운 DVD+R 표준은 DVD+RW에 대한 중요한 지원수단으로서 관심이 증가하고 있다. 가능한 시나리오는, 최종 소비자들이 1회 기록형 광학 포맷에 친숙해져, 재기록형 포맷보다 훨씬 용이하게 받아들일 수도 있다는 것이다.
R 및 RW 포맷에 대한 문제는, 단일층 매체만이 존재하므로, 용량과 이에 따른 기록 시간이 제한된다는 것이다. ROM 디스크인 DVD-비디오에 대해서는, 이중층 매체가 이미 상당한 시장 점유율을 확보하고 있다는 점에 주목하기 바란다. 이중층 DVD ROM 포맷은 DVD-9으로 불리는데, 이때 9는 GB 단위의 대략적인 데이터 저장용량을 가리킨다. 이중층, 즉 이중 적층체 DVD+RW 디스크가 아마 가능할 것으로 보인다. 그러나, DVD-9의 반사율 및 변조 사양 내에서 완벽하게 호환되는 디스크는, 얻기가 매우 곤란하고, 예를 들어, DVD+RW 매체에서 기록층으로서 사용되는 비정질/결정성 상변화 물질의 특성에 대해 적어도 주된 타결책을 필요로 한다는 것이 명백하게 되었다. 완전한 호환성이 없으면, 시장에서의 이중층 DVD+RW의 성공은 의문시된다.
이중층 DVD-ROM 표준과 호환되는 이중층 DVD+R 매체를 얻기 위해서는, 상부 L1층과 하부 L0층의 유효 반사율이 최소한 18%가 되어야 한다. 이때, 유효한 말은, 적층체들 L0 및 L1이 존재할 때 매체에서 되돌아와 L0 및 L1에 각각 초점이 맞추어지는 유효광의 부분으로서 반사율이 측정된다는 것을 의미한다. 이것은, L1 층이 입사 및 출사광의 상당한 부분을 흡수하므로, L1 적층체 그 자체가, 예를 들면 50%보다 많은, 바람직하게는 60%보다 많은 훨씬 더 높은 반사율 레벨을 필요로 한다는 것을 의미한다. 이때, 본 명세서에서는, 표시 L0가 가장 가까운 적층체, 즉 방사빔 입사면에 가장 근접한 적층체인 L0 및 L1의 표시 규약이 변경되었는데, 본 발명에서는, L0는 가장 깊은 곳에 있는 적층체이고, L1이 방사빔 입사면에 더 근접한 적층체에 해당한다는 점에 유의하기 바란다. EP 1067535A2에는, 서두에 기재된 매체의 제 2 반사층에 대응하는 반투명 필름이 기재되어 있다. 이 반투명 필름은, SiC 또는 Au 등의 유전체 박막으로 형성된다, SiC 또는 Au로 이루어진 반투명 필름은, 비교적 낮은 반사율을 갖거나, 도포하는데 비용이 많이 든다는 문제점을 갖는다.
이중층 DVD-ROM 표준과 호환되는 이중층 DVD+R 매체를 얻기 위해서는, L0 또는 L1 적층체에 초점이 맞추어지는 광 빔의 유효 반사율이 18%보다 커야만 한다. Ag를 사용하는 것은, 18%보다 큰 L0 적층체의 반사율을 달성하기 위해 실제적인 요구조건인 50%보다 높은 투과율을 얻기가 곤란하다는 문제점을 갖는다. 비현실적으로 얇은 염료층의 경우에만, Ag의 제 2 반사층을 갖는 L1 적층체의 투과율이 50%보다 높아진다. 박막의 염료층은 기록 특성을 열화시키기 쉽다. 더 높은 투과율을 달성하기 위해 더욱 더 얇은 Ag층들을 사용하는 것은, 균일성, 표면 거칠기, 재생성 등의 문제로 인해 권하지 않는다.
결국, 본 발명의 목적은, 반사율 레벨에 관한 한, 기록된 데이터의 판독중에, DVD-9 ROM 표준과 호환되는, 서두에 기재된 것과 같은 광 데이터 저장매체를 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 반사층이 금속 Cu를 주로 함유하고 8-20nm 범위에서 선택된 두께 tMLn을 가지며, 기록형 L1 기록층의 두께 tRL1 및 kλ가 수식 tRL1*kλ≤8nm를 만족하는 것을 특징으로 하는 광 저장매체에 의해 달성된다. 이와 같은 두께 범위의 Cu를 사용할 때, 반사율과 투과율 사이에 최적의 균형이 얻어진다는 것이 밝혀졌다. 다른 금속들과 달리, Cu는 상기한 두께 범위에서 우수한 투과율 값들을 나타낸다. Cu의 추가적인 이점은, 이것이 높은 열 전도율을 갖고, 비교적 값이 저렴하다는 것이다. 높은 열 전도율은 인접한 기록층의 냉각 거동을 위해 유리하다. 양호한 냉각은, 예를 들면, 20m/s 이상의 높은 선형 기록속도에서 더욱 더 중요해진다. 곱 tRL1*kλ는 8nm를 초과하지 않아야 하는데, 초과하는 경우에는 L1 기록층에서의 방사빔의 높은 흡수로 인해, 광 투과율 레벨의 요구사항이 더 이상 충족될 수 없다.
일 실시예에서, 기록형 L1 기록층은 유기 염료를 포함한다. 유기 염료는 1회 기록형 기록층으로서 빈번하게 사용되며, 방사빔 파장에서 비교적 유리한 광 투과율을 갖도록 선택될 수 있다.
다른 실시예에서는, tRL1이 70-125nm의 범위에서 선택된다. 이와 같은 범위는 제 2 L1 기록 적층체의 18%보다 큰 반사율 값을 달성하기 위해서는 특히 유리하다.
일 실시예에서는, 방사빔에 대해 투명하고 15nm보다 작은 두께를 갖는 제 1 보조층이 제 2 반사층과 스페이서층 사이에 삽입되어 존재한다. 이 제 1 보조층은 L1 기록층과 스페이서층 사이의 화학반응을 방지하기 위한 장벽층으로서의 역할을 한다.
또 다른 실시예에서는, 방사빔에 대해 투명하고 15nm보다 작은 두께를 갖는 제 2 보조층이 제 2 반사층과 L1 기록층 사이에 삽입되어 존재한다. 제 2 보조층은, L1 기록층과 제 2 반사층 사이의 화학반응을 방지하기 위한 장벽층으로서의 역할을 한다. 보조층은 실리콘의 산화물 및 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 다른 투명 물질이 도포될 수도 있다.
이하, 다음의 첨부도면을 참조하여 더욱 더 상세히 설명한다:
도 1은 본 발명에 따른 다층 광 데이터 저장매체의 일 실시예의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 Cu 또는 Ag를 사용할 때, 상기 매체에 대해, 유기 염료를 포함하는 L1 기록 적층체의 두께의 함수로써의 투과율을 나타낸 것이며,
도 3은 본 발명에 따른 Cu 또는 Ag를 사용할 때, 상기 매체에 대해, 유기 염료를 포함하는 L1 기록 적층체의 두께의 함수로써의 반사율을 나타낸 것이고,
도 4는 서로 다른 두께를 갖는 Cu층들을 포함하는 L1 적층체의 반사율 및 투과율 값들의 측정값을 나타낸 것이다.
도 1에는, 초점이 맞추어진 방사빔(20)을 사용하여 기록하기 위한 다층 광 데이터 저장매체(10)가 도시되어 있다. 방사빔(20)은 기록을 수행하는 동안 매체(10)의 입사면(11)을 통해 입사하며 655nm의 파장을 갖는다. 이 매체(10)는, 유기 염료의 기록형 L0 기록층(5)과, 예를 들면, L0 기록층(5)과 제 1 기판(1a) 사이에 존재하는 100nm의 두께를 갖는, 예를 들면 Al으로 제조된 제 1 반사층(3)을 구비한, L0로 표시되는 제 1 기록 적층체(13)가 일면에 존재하는 제 1 기판(1a)을 구비한다. 제 2 기판(1b)은, 두께 tRL1과 파장 655nm에서 복소 굴절률 2.44-0.06i를 갖는 유기 염료를 포함하는 기록형 L1 기록층(4)과, 입사면(11)으로부터 가장 멀리 떨어진 측에 L1 기록층(4)에 인접하여 존재하는 제 2 반사층(6)을 구비한, L1으로 표시되는 제 2 기록 적층체(12)를 일면에 갖는다. 제 2 기록 적층체 L1(12)는 L0 기록 적층체(13)보다 입사면(11)에 더 근접한 위치에 존재한다, 방사빔에 투명한 스페이서층(9)이 기록 적층체들 12 및 13 사이에 삽입된다. 투명 스페이서층(9)은 초점이 맞추어진 방사빔(20)의 초점 심도보다 실질적으로 큰 50㎛의 두께를 갖는다. 제 2 반사층(6)은, 금속 Cu를 주로 함유하고, 20nm의 두께 tML1을 가지며, 기록형 L1 기록층(4)의 두께 tRL1은 80nm이다. tRL1*kλ=655nm의 값은 1.6nm이다. 기록 적층체들의 면에 있는 기판의 표면은, 바람직하게는, 광학적으로 주사할 수 있는 서보트랙을 구비한다. 이와 같은 서보트랙은, 나선형의 그루브로 구성되는 경우가 많으며, 주입성형 또는 프레싱 중에 몰드를 사용하여 기판 내부에 형성된다. 이와 달리, 이와 같은 그루브들은, 복제공정에서 스페이서층의 합성수지, 예를 들면, UV 광경화 아크릴레이트 내부에 형성된다. 염료 기록층의 두께는, 그루브 내부의 부분들과, 그루브에 인접한 부분들, 즉 랜드 상에서 다를 수 있다. 이것은, 그루브들을 포함하는 표면에 염료층을 도포하는 동안에, 염료층의 평탄화에 기인한 것이다. 이와 같은 경우에, tRL1의 양호한 근사값은 평균 두께가 될 수도 있다. 이때, 제 2 기판(1b)은 비교적 얇은, 예를 들면 100㎛의 커버층일 수도 있다. 방사빔에 투명하고 (ZnS)80(SiO2)20으로 제조되며, 10nm의 두께를 갖는 제 1 보조층이 제 2 반사층(6)과 스페이서층(9) 사이에 삽입되어 존재한다. L1 적층체의 측정된 광학 반사율과 투과율 값들은 각각 25% 및 53%이다(도 4 참조).
도 2에는, 10nm의 두께를 갖는 제 2 반사층(6)이 곡선 21로 표시된 Cu이거나 곡선 22로 표시된 Ag인 경우에, 복소 굴절률 2.44-0.06i를 갖는 유기 염료를 함유하는 기록형 L1 기록층(4)의 두께 tRL1의 함수로써의 계산된 광학 투과율이 예시되어 있다. 이때, Ag는 염료 L1 기록층(4)의 사용가능한 두께 범위에서 50%보다 큰 투과율 레벨의 요구조건을 충족시키지 않는다는 것에 주목하기 바란다. 방사빔 파장은 655nm이고 Cu에 대한 복소 굴절률은 n=0.227-3.665i이고 Ag에 대한 복소 굴절률은 n=0.16-5.34i이다. 비현실적으로 얇은 염료층의 경우에만, 얇은 Ag층에 대한 투과율이 50%를 넘게 된다. 얇은 염료층은 기록 특성을 저하시키는 경향이 있다. 더 높은 투과율을 얻기 위해 더욱 더 얇은 Ag층들을 사용하는 것은, 균일성, 표면 거칠기, 재생성 등과 관련된 문제로 인해 권장되지 않는다. 이때, 0.06의 k 값은 비교적 높으며, 보통 사용되는 염료는 방사빔 파장에서 대략 0.02의 k 값을 갖는다는 점에 주목하기 바란다.
도 3에는, 10nm의 두께를 갖는 제 2 반사층(6)이 곡선 31로 표시된 Cu이거나 곡선 32로 표시된 Ag인 경우에, 복소 굴절률 2.44-0.06i(λ=655nm)를 갖는 유기 염료를 함유하는 기록형 L1 기록층(4)의 두께 tRL1의 함수로써의 계산된 광학 반사율이 예시되어 있다. 이때, Cu를 제 2 반사층으로 사용할 때의 L1 기록층의 사용가능한 두께 범위는 70 내지 125nm의 범위를 갖는다는 점에 주목하기 바란다. Ag는 18%가 넘는 반사율 레벨을 갖고 더 넓은 범위를 갖지만, 달성될 수 없는 투과율 요구사항(도 2 참조)으로 인해 사용이 불가능하다. 0.06의 k 값은 비교적 높으며, 보통 사용된 염료는 방사빔 파장에서 대략 0.02의 k 값을 갖는다는 점에 주목하기 바란다.
도 4에는, 다음과 같은 층들을 이와 같은 기재순으로 함유하는 L1 적층체의 λ=655nm에서의 반사율 및 투과율 값들의 특정값들이 예시되어 있다:
-방사빔이 입사할 때 통과하는 580㎛의 폴리카보네이트 기판(1b),
- 굴절률 2.44-0.02i를 갖는 80nm의 유기 염료층,
- 참조번호들 41, 42 또는 43으로 각각 표시된 10, 15 또는 20nm의 두께를 갖는 Cu층,
- 물질 (ZnS)80(SiO2)20으로 제조된 10nm의 캡층
- 압력 감지 접착제(pressure sensitive adhesive: PSA)를 사용하여 캡층에 접착된 폴리카보네이트 시이트로 제조된 스페이서층(9), 캡층은 PSA 재료와 Cu층의 화학반응을 방지한다. 전술한 적층체에 대한 서로 다른 Cu 층 두께에서의 L1 적층체의 광학 반사율 및 투과율 값을 다음 표에 나타내었다:
Cu층 두께(nm) RL1(5) TL1(5)
10 10 68
15 15 63
20 25 53
이때, 이 표에 있는 값들은 서로 다른 k 값을 취하는 도 2 및 도 3의 계산된 곡선들에 따른 것이 아니라는 점에 유의하기 바란다.
전술한 실시예는 본 발명을 제한하기 보다는 본 발명을 예시하는 것이고, 첨부된 청구범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 또 다른 실시예들이 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에 의해 설계될 수도 있다는 점에 주목하기 바란다. 청구범위에서, 괄호 안에 놓인 참조번호가 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 용어 "포함한다"는 청구항에 나열된 것 이외의 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하는 것이 아니다. 구성요소 앞의 용어 "a" 또는 "an"이 복수의 이와 같은 구성요소의 존재를 배제하는 것이 아니다. 특정한 구성요소가 서로 다른 종속항에서 반복 설명된다는 단순한 사실이 이들 구성요소들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 시사하는 것도 아니다.
본 발명에 따르면, 다층 광 데이터 저장매체가 제공된다. 이 매체는, L0로 표시되는 제 1 기록 적층체가 일면에 존재하는 제 1 기판과, 두께 tRL1과 파장 λ에서 복소 굴절률 nλ-i*kλ를 갖는 기록형 L1 기록층을 포함하는 L1으로 표시되는 제 2 기록 적층체가 일면에 존재하는 제 2 기판과, 매체의 방사빔 입사면에서 가장 멀리 떨어진 측에 L1 기록층에 인접하여 존재하는 제 2 반사층을 구비하고, 상기 제 2 기록 적층체 L1은 L0 기록 적층체보다 입사면에 더 근접한 위치에 존재한다. 이들 기록 적층체들 사이에 방사빔에 투명한 스페이서층이 삽입된다. 반사율 레벨에 관한 한 DVD-9 ROM 표준과의 호환성을 달성하기 위해, 제 2 반사층이 금속 Cu를 주로 함유하고 8-20nm의 범위에서 선택된 두께 tMLn을 가지며, 기록형 L1 기록층의 두께 tRL1 및 kλ가 수식 tRL1*kλ≤8nm를 만족한다.

Claims (7)

  1. 파장 λ를 갖고 기록중에 매체의 입사면을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 기록하는데 사용되며,
    기록형 L0 기록층과, 이 L0 기록층과 제 1 기판 사이에 존재하는 제 1 반사층을 구비한 L0로 표시되는 제 1 기록 적층체가, 일면에 존재하는 제 1 기판과,
    두께 tRL1과 파장 λ에서 복소 굴절률 nλ=i*kλ를 갖는 기록형 L1 기록층과, 입사면에서 가장 멀리 떨어진 측에 L1 기록층에 인접하여 존재하는 제 2 반사층을 구비하고, L0 기록 적층체보다 입사면에 더 근접한 위치에 존재하는 L1으로 표시되는 제 2 기록 적층체가, 일면에 존재하는 제 2 기판과,
    방사빔에 대해 투명하고, 상기 기록 적층체들 사이에 삽입되며, 초점이 맞추어진 방사빔의 초점심도보다 큰 두께를 갖는 스페이서층을 적어도 구비하는 다층 광 데이터 저장매체에 있어서,
    상기 제 2 반사층이 금속 Cu를 주로 함유하고 8-20nm 범위에서 선택된 두께 tMLn을 가지며, 기록형 L1 기록층의 두께 tRL1 및 kλ가 수식 tRL1*kλ≤8nm를 만족하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체.
  2. 제 1항에 있어서,
    기록형 L1 기록층이 유기 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체.
  3. 제 2항에 있어서,
    tRL1이 70-125nm의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체.
  4. 제 2항에 있어서,
    방사빔에 대해 투명하고 15nm보다 작은 두께를 갖는 제 1 보조층이 제 2 반사층과 스페이서층 사이에 삽입되어 존재하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    방사빔에 대해 투명하고 15nm보다 작은 두께를 갖는 제 2 보조층이 제 2 반사층과 L1 기록층 사이에 삽입되어 존재하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 보조층은 실리콘의 산화물 및 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체.
  7. 제 2 기록 적층체 L1이 18%보다 큰 반사율 레벨과 50%보다 큰 투과율 레벨을 갖는 다층 기록을 위한 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 기재된 광 데이터 저장매체의 용도.
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