KR20120079840A - 다층 광학 디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 광학 메모리 장치에 관한 것으로, 소형 캐리어에 대규모 정보 파일을 기록하는데 필요한 모든 계산 영역에서 사용될 수 있다. 청구된 장치는 비디오 및 오디오 레코딩을 기록, 저장 및 재생하기 위하여 사용될 수 있다. 다층 광학 디스크는 n2<n1의 관계를 만족하는 굴절률 n2 물질 층과 │n3-n1│<0.001 관계를 만족하는 굴절률 n3 물질 층 사이에 둘러싸인 굴절률 n1 물질 층을 포함하는 그룹으로 배열된 광학적으로 투명한 물질의 교번하는 층의 연속으로 이루어지며, 굴절률 n3을 갖는 층은 다른 광학적 성질을 특징으로 하는 두 가지 형태로 존재할 수 있는 감광성 화합물을 포함한다.

Description

다층 광학 디스크{MULTI-LAYER OPTICAL DISC}

본 발명은 3차원 광학 메모리 장치에 관한 것으로, 소형 캐리어에 대규모 정보 파일을 기록하는데 필요한 모든 계산 영역에서 사용될 수 있다.

다수의 정보 층을 갖는 다층 광학 디스크를 제조할 때, 주요 문제 중 하나는 판독 절차를 수행하는 동안 정보 층을 어드레싱(addressing)하는 것이다. 종래 단층 및 이층 광학 디스크에서 판독 방사선은 디스크의 평평한 표면을 통하여 정보 층으로 제공된다. 그러나 층의 수가 증가하면 기록된 데이터를 갖는 신호가 수신되는 정보 층 수의 결정에 큰 문제가 발생한다. 이 문제는 판독 방사선을 디스크 어드레스 가능한 정보 층 근처에 위치한 특별한 덕팅(ducting) 층으로 그 측면 표면(원통형 표면)을 통하여 이동시킴으로써 해결되었다.

이전에는 다른 기계적 성질을 갖는 폴리머로 제조된 적어도 두 개의 절연층에 의하여 서로 분리된 몇몇의 정보 층을 포함하는 다층 광학 디스크가 알려져 있다(USA patent application No.2008/0305324 A1 published 11.12.2008, B32B 17/10). 절연층 중 하나는 그 안으로 도입된 필러의 대가로 향상된 강도를 보유하고, 그 두께는 5 에서 15 ㎛이며, 다른 층은 향상된 탄성을 보유하고 그 두께는 10 에서 50 ㎛이다. 상기 구조는 다층 광학 디스크의 우수한 기계적 성질, 즉 변형(deformational) 안정성을 보장한다. 그러나 그 구조는 도파로(waveguide) 층의 가용성을 상정하지 않고, 측면 표면을 통한 판독 방사선의 도입 가능성을 고려하지 않으므로 높은 어드레싱 정확도를 갖는 판독 장치에서의 사용을 의도하지 않는다.

다층 광학 디스크(USA patent No.6045888, published 04.04.2000, B32B 3/00)는 기술적 본질에 있어서 청구된 발명과 가장 유사한 것으로, 두께 140 ㎛, 굴절률 n1=1.515를 가지며, 굴절률 n2<n1의 관계를 만족하는 굴절률 n2의 폴리머와 파장 λ1 방사선의 영향 하에 그 광학적 성질을 변화시키고 파장 λ3에서 파장 λ2의 방사선 영향 하에 형광성 성질을 얻을 수 있는 굴절률 n3=1.47을 갖는 광색성(photochromic) 물질 층 사이에 둘러싸인 유리층을 통합한 그룹으로 결합된 광학적으로 투명한 물질의 교번하는 일련의 층으로 이루어진다. 정보를 판독하는 동안 파장 λ2의 방사선은 측면 표면, 즉, 유리 표면을 통하여 다층 광학 디스크로 이동한다. 유리 내 광이 도파로 전파되는 동안 방사선 세기의 적은 부분만이 순간(evanescent) 모드의 형태에서 광색성 물질 정보 층을 투과한다. 따라서, 이전에 파장 λ1의 방사선에 의하여 조명되고 정보 비트를 포함하는 유리-인접 정보 층의 해당 섹션(픽셀)으로부터 파장 λ3에서 방사선 수신기에 도달하는 신호의 값은 매우 작다. 신호-대-노이즈 비율을 증가시키고 파장 λ3에서 방사선의 신뢰할 수 있는 기록(registration)을 얻기 위하여 광색성 층 평면 내 픽셀의 측면 크기는 증가해야 하고, 이는 다층 광학 디스크의 정보 용량의 감소를 초래하게 된다.

청구된 발명에서 달성하고자 노력하고 있는 기술적 결과는 기록된 정보 판독 신뢰성의 동시 증가와 함께 다층 광학 디스크의 정보 용량 증가에 있다.

상기 기술적 결과는 n2<n1의 관계를 만족하는 굴절률 n2 물질의 절연층과 굴절률 n3의 광색성 물질의 정보 층 사이에 놓인 굴절률 n1 물질의 도파로 층을 통합한 그룹으로 결합된 광학적으로 투명한 물질의 교번하는 층의 연속을 포함하는 다층 광학 디스크에서, 도파로와 정보 층의 물질의 굴절율이 │n3-n1│<0.001 조건을 만족하는 사실에 의하여 얻어진다.

그리고 정보 층의 두께 d는 1 ㎛ <d< 10 ㎛ 조건을 만족한다.

그리고 도파로 층의 두께 D는 5 ㎛ <D< 100㎛ 조건을 만족한다.

그리고 절연층의 두께 δ는 1 ㎛ <δ< 5㎛의 조건을 만족한다.

본 발명의 본질은 다음으로 이루어진다. 파장 λ3에서 방사선 신호의 값은 픽셀 볼륨에 의한 파장 λ2에서 판독 방사선의 결과물에 비례한다. 다층 광학 디스크 내 도파로 층과 그의 인접한 정보 층의 물질의 굴절률의 차이의 절대값이 청구된 값인 0.001 을 초과하지 않는다면, 파장 λ2의 판독 방사선의 도파로 모드는 단일 도파로 층 내에서와 같이 변형과 손실 없이 이들 두 층 내에서 전파되지 않는다. 도파로 모드의 강도는 순간 모드의 강도를 크게 초과하며, 따라서 비록 정보 층 평면에 그 영역이 감소함의 대가로 몇 배로 픽셀 볼륨이 감소하더라도 파장 λ3에서 형광 방사선 신호 값은 상당히 높을 것이다. 즉, 청구된 발명에서는 기록 밀도와 기록된 정보 판독의 안정성 모두의 개선을 기대할 수 있다. 정보 층의 두께는 너무 크게 선택되어서는 안되는 것을 유의하여야 한다. 문제는 초기 상태와 파장 λ1 의 방사선의 효과에 의하여 변화된 상태에서 광색성 물질 굴절률은 약간 다르다는 점이다. 이와 관련하여 데이터를 기록한 결과 정보 층 내 빛의 손실이 증가한다. 이는 판독 방사선의 도파로 모드의 변형 및 감쇠를 발생시킬 수 있다. 도파로 층과 그의 인접 정보 층의 물질의 굴절률 차이의 청구된 절대값이 0.001과 동일하고 이는 상당히 중요하다. 이 값의 초과는 도파로 모드가 더 높은 물질 굴절률의 층 내에서 전파될 것이라는 사실을 초래할 것이다: 도파로 층 내(이 경우 청구된 발명은 원형(prototype)과 동일하다) 또는 정보 층 내(이 경우 광색성 물질의 광학 이질성은 판독 방사선의 손실과 저하를 일으킨다).

발명의 본질은 포커싱 시스템 2를 갖는 다층 광학 디스크 1과 정보 판독 장치 3의 전체도인 도 1에 나타난 도면에 의하여 설명된다; 도 2는 초기 상태(실선) 과 파장 λ1의 방사선 영향 하에 변화된 상태(파선)에서 광색성 물질의 전형적인 흡수 스펙트럼과 파장 λ2의 방사선 영향 하에 형광 스펙트럼(점선)을 나타낸다; 도 3은 도파로 층 4, 절연층 5, 정보 층 6 및 파장 λ2를 갖는 방사선 도파로 모드와 상호 작용하는 정보 층 6의 픽셀 7을 갖는 단면의 다층 광학 디스크 플렉스(plex) 1을 나타낸 것이다.
최적 구현의 본 발명 예에서, 두께 50 ㎛의 도파로 층 4는 굴절률 n1=1.5의 폴리카보네이트로 제조되고, 두께 2 ㎛의 절연층 5는 굴절률 n1=1.5를 갖는 스피로벤조피란으로 도핑된 폴리메틸 아크릴레이트로 제조된다. 상기 광색성 물질은 두 가지 안정된 형태를 가진다 : 스피로피란(spiropyran)과 메로시아닌(merocyanine). 첫 번째 형태에서 두 번째 형태로의 전환은 자외선 방사선의 영향 하에서 이루어진다.

청구된 다층 광학 디스크 1은 하기와 같이 작동한다. 기록 모드에서, 방사선은 파장 λ1에서 포커싱 시스템 2로 이동하고, 따라서 다층 광학 디스크 1 내부에 파장 λ1에서 광 빔 포커싱 영역의 포지셔닝을 제공한다. 정보의 기록은 기록을 위하여 선택된 정보 층 6 내 광색성 물질의 광학적 성질을 변화시켜 이루어진다. 판독 모드에서, 정보 판독 장치 3은 파장 λ2에서 방사선을 어드레스 가능한 정보 층 6에 인접한 도파로 층 4로 이동시킨다. 한 면은 어드레스 가능한 정보 층 6에, 다른 면은 도파로 층 4에 인접한 절연층 5에 의하여 한정된 도파로 모드는 지정된 도파로 층 4와 정보 층 6 상에 전파되고, 기록된 정보를 포함하는 픽셀과 상호 작용한다. 데이터 판독은 파장 λ1의 방사선에 의하여 이전에 조명되는 정보 층의 픽셀 내 파장 λ2의 방사선에 의하여 여기되는 파장 λ3에서 형광 방사선을 기록함에 따라 이루어진다. 이들 픽셀에 의하여 방출되는 형광 방사선은 부분적으로 포커싱 시스템 2의 애퍼쳐(aperture) 내로 들어가 수신기 입력에 도달한다.

발명자는 발명이 신규성 기준에 대응되는 사실을 나타내는 과학적 및 기술적 간행물 내에 알려진 해법 중에서 동등하게 된 굴절률을 갖는 인접 도파로 및 정보 층을 포함하는 다층 광학 디스크를 개시하는 것에 실패하였다. 이러한 접근의 틀 내에서, 청구된 기술적 결과의 달성을 위하여 충분한 필수적 구성 요소들이 입증되었다.

산업적 사용을 위한 발명의 중요성을 추정할 때, 청구된 다층 광학 디스크의 생산은 유사체(analogs)와는 구별되는 정밀한 기술의 응용을 필요로 하지 않는다는 점을 확인하는 것이 요구된다.

Claims (4)

1. n2<n1의 관계를 만족하는 굴절률 n2 물질의 절연층과 굴절률 n3의 광색성 물질의 정보 층 사이에 놓인 굴절률 n1 물질의 도파로 층을 통합한 그룹으로 결합된 광학적으로 투명한 물질이 교번하는 층의 연속을 포함하고, 도파로와 정보 층의 물질의 굴절율이 │n3-n1│<0.001 조건을 만족하는 다층 광학 디스크.
   
2. 제1항에 있어서,
   정보 층의 두께 d는 1 ㎛ <d< 10 ㎛ 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다층 광학 디스크.
   
3. 제1항에 있어서,
   도파로 층의 두께 D는 5 ㎛ <D< 100㎛ 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다층 광학 디스크.
   
4. 제1항에 있어서,
   절연층의 두께 δ는 1 ㎛ <δ< 5㎛의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 다층 광학 디스크.
   
   

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