MEDIO OPTICO DE ALMACENAMIENTO DE DATOS Y USO DE ESTE MEDIO
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a un medio óptico de almacenamiento de datos de múltiples pilas para grabar y leer utilizando un haz de radiación enfocado que entra a través de una cara de entrada del medio durante la grabación y lectura, que comprende : - un primer substrato, el cual tiene presente en un lado del mismo: - una primera pila de grabación denominada L0, que comprende una capa de grabación L0 de tipo grabable y está formada en una primera ranura guía L0 y una primera capa reflexiva presente entre la capa de grabación L0 y el primer substrato, - un segundo substrato, el cual tiene presente en un lado del mismo: - una segunda pila de grabación denominada Li, que comprende una capa de grabación Lx de tipo grabable, la segunda pila de grabación está presente en una posición más cercana a la cara de entrada que la pila de grabación L0 y está formada en una segunda ranura guía Li, una capa de separación transparente que está interpuesta entre las pilas de grabación, la capa de REF: 159045 separación transparente tiene un espesor sustancialmente más grande que la profundidad del foco del haz de radiación enfocado . La invención también se refiere al uso de este medio. Una modalidad de un medio óptico de grabación descrito en el párrafo de introducción es conocida a partir de la solicitud de patente europea EP 1067535A2. Normalmente, el medio está en la forma de un disco circular. Con respecto al mercado para la grabación óptica, es claro que el formato más importante y exitoso hasta ahora es un formato para escribir una vez, Disco Compacto Grabable (CD-R, por sus siglas en inglés) . Aunque la toma del mando en importancia por el Disco Compacto Re-escribible (CD-RW, por sus siglas en inglés) ha sido predicha desde hace mucho tiempo, el tamaño real del mercado de los medios de CD-R aún está al menos en un orden de magnitud más grande que para el CD-R. Además, el parámetro más importante para las unidades de disco es la velocidad máxima de escritura para los medios grabables (R) , no para los medios re-escribibles (RW) . Por supuesto, aún es posible un cambio del mercado al CD-RW, por ejemplo debido a la tecnología Mount Rainier para CD-RW. Sin embargo, el formato grabable (R) ha probado ser muy atractivo debido a su 100% de compatibilidad. Después del estándar del Disco Versátil Digital Re-escribible (DVD+R , por sus siglas en inglés) se desarrolló recientemente un nuevo Disco Versátil Digital Grabable (DVD+R, por sus siglas en inglés) . El nuevo estándar de DVD+R atrae la atención crecientemente como un soporte importante para el DVD+RW. Un escenario posible es que los consumidores finales se han familiarizado demasiado con un formato óptico para escribir una vez de manera que podrían aceptarlo más fácilmente que un formato re-escribible. Un problema para los formatos tanto grabables como re-escribibles es la capacidad limitada y, por lo tanto, el tiempo de grabación debido a que solo están presentes medios de pilas individuales. Se debe observar que para el DVD-Video, los medios de pilas dobles tienen una parte considerable del mercado. Posiblemente, un disco DVD+RW de doble capa, es decir doble pila, es factible. Sin embargo, se ha vuelto claro que un disco completamente compatible, es decir dentro de la especificación de reflexión y modulación del DVD-ROM de doble capa, es muy difícil de lograr y requiere al menos un adelanto mayor en cuanto a las propiedades de los materiales de cambio de fases. Sin una compatibilidad. completa, el éxito de un DVD-RW de doble capa en el mercado es cuestionable. A fin de obtener un medio de DVD+R de doble capa que sea compatible con el estándar de DVD+ROM de doble capa, la reflectividad efectiva de tanto la capa superior Li como la capa inferior L0 debe ser al menos 18% en la longitud de onda del h.az de radiación de aproximadamente 655 nm. Efectivo significa que la reflexión es medida como la porción de luz efectiva que regresa del medio cuando ambas pilas Lo y l están presentes y que enfoca en Lo y Li, respectivamente. Esto significa que la pila L0 como tal requiere un nivel de reflexión muy alto de, por ejemplo, más de 50%, preferiblemente más de 60%, debido a que la pila Li absorbe una porción sustancial de la luz entrante y saliente. Se debe observar que en este documento, la convención normalmente utilizada de notación de Lo y Li, en la cual la notación Lo es la pila "más cercana", es decir la más cercana a la cara de entrada del haz de radiación, ha sido cambiada: Lo ahora es la pila más profunda y Li...Ln son las pilas más cercanas a la cara de entrada del haz de radiación. En el documento EP 1067535A2, se utilizan las siguientes definiciones: DG1 es el espesor de la capa de materia colorante en la ranura de la primera unidad de grabación/reproducción de información que corresponde a Li, dG2 es el espesor de la capa de materia colorante en la ranura de la segunda unidad de grabación/reproducción de información que corresponde a Lo-DL1 es el espesor de la capa de materia colorante en la parte no grabada que corresponde a Li, dL2 es el espesor de la capa de materia colorante en la parte no grabada que corresponde a L0. La profundidad de las ranuras que corresponden a Li es di pero la profundidad de las ranuras d2 que corresponden a L0 es definida de manera diferente. D2 es la diferencia de altura de las partes no grabadas y las ranuras medida en la superficie de materia colorante después de que una capa de materia colorante ha sido revestida. DG2 , d2 y dL2 se establecen a aproximadamente 174, 140 y 120 nm. Un cálculo muestra que esto corresponde a una profundidad de ranura g en el substrato que corresponde a L0 de aproximadamente 194 nm. Las mediciones de los solicitantes han mostrado que la pila L0 invertida del medio conocido con ranuras con una profundidad de 194 nm tiene una reflectividad que es solo 15% - 50% de la reflectividad de las áreas no utilizadas (es decir, sin ranuras) . Esto significa que es imposible alcanzar el nivel de reflexión deseado del 60% debido a que, a fin de obtener un medio de DVD+R de doble capa que sea compatible con el estándar de DVD-ROM de doble capa, la reflectividad del haz de luz enfocado sobre la pista de datos de la capa inferior L0 debe ser suficientemente alta (típicamente > 60%, dependiendo de la transmisión de la capa superior Li) . Desde el punto de vista de la producción de DVD-R de doble pila, se prefiere una estructura de capa invertida L0, lo cual significa que la capa de grabación de la pila L0 está presente en un lado de la capa reflexiva diferente del lado del substrato con la estructura de ranura. Un objetivo de la invención es proporcionar un medio de almacenamiento óptico de datos del tipo mencionado en el párrafo de introducción el cual tiene un valor de reflexión de la pila de grabación Lo más alto que 25%, preferiblemente más alto que 50%, y una longitud de onda del haz de radiación de aproximadamente 655 nm. Este objetivo ha sido alcanzado de acuerdo con la invención por un medio de almacenamiento óptico descrito en el párrafo de introducción, el cual está caracterizado en que la primera ranura guia L0 tiene una profundidad GL0 < 100 nm. Esta descripción de la invención propone el uso de ranuras superficiales a fin de lograr un valor de reflexión alto. De acuerdo con los cálculos, las ranuras más profundas que 200 nm también pueden lograr una reflexión alta pero son más difíciles de fabricar desde el punto de vista de la producción de discos maestros y el moldeo por inyección. La explicación para la reflexión reducida sobre 100 nm puede ser que las ranuras cubiertas con metal actúan como una guía de onda para el haz de radiación, disminuyendo con lo cual la reflectividad efectiva debido a efectos ópticos, por ejemplo cambios en la polarización. A profundidades > 200 nm, estos efectos pueden conducir nuevamente a un incremento de la reflexión. En una modalidad, GLO < 80 nm y la primera ranura guía L0 tienen una profundidad máxima, media, completa WLo < 350 nm. Para las ranuras que tienen una anchura más pequeña que 350 nm, la profundidad de la ranura debe ser más pequeña que 80 nm. Cuando las ranuras son relativamente anchas, por ejemplo 500-600 nm, pueden ser factibles profundidades de ranura cercanas a 100 mn con una reflexión aún suficiente. En las anchuras de ranura más pequeñas, los efectos similares a la guia de onda juegan un papel más prominente y la reflectividad efectiva puede disminuir. La profundidad de ranura superficial dará por resultado la inversión de la señal de error radial (en contrafase) y de la señal oscilante. Éste debe ser corregido para cuando esté en la unidad de disco. En otra modalidad, 25 nm < GL0 < 40 nm y la primera capa reflexiva comprende un metal y tiene un espesor > 50 nm. Se obtiene un valor de reflexión muy alto mediante el cual se logra la compatibilidad con el estándar de la capa doble de DVD solo de lectura, es decir video y ROM. Sin medidas adicionales, la profundidad reducida de la ranura parece tener una modulación óptica relativamente baja, es decir contraste óptico entre marca y sin marca. Por ejemplo, para una ranura con una profundidad de 35 nm, los experimentos mostraron una modulación de 10%, tanto en la parte no grabada como en la ranura. En una modalidad adicional, la capa de grabación L0 de tipo grabable comprende una materia colorante y tiene un espesor entre 70 nm y 150 nm medido en la porción de la parte no grabada de la ranura guía. Cuando se utiliza este rango de espesor, s_e logra una formación de marca adecuada en la capa de materia colorante. Cuando se utiliza esta pila, es posible una buena modulación combinada con una profundidad de ranura fuertemente reducida. Cuando se realiza la grabación en la parte no grabada, opuesto a en la ranura, se logra una señal apropiada de la modulación, es decir grabación alta a baja. Esto tiene la ventaja adicional que la señal en contrafase tiene el signo apropiado y no se requieren medidas en la unidad de disco óptico para invertir la señal en contrafase. Una capa dieléctrica puede estar presente en un lado de la capa de grabación L0 opuesta al lado donde está presente la primera capa reflexiva. Esto tiene la ventaja de una modulación aún mejor. La capa dieléctrica tiene preferiblemente un espesor en el rango de 5 nm - 120 nm. En aún otra modalidad, una segunda capa reflexiva que comprende un metal está presente en un lado de la capa de grabación Lo opuesta al lado donde está presente la primera capa reflexiva. Preferiblemente, la segunda capa reflexiva tiene un espesor en el rango de 5 nm - 15 nm. La segunda capa reflexiva comprende preferiblemente de manera principal un metal seleccionado del grupo de Ag, Au, Cu, Al. La segunda capa reflexiva tiene la ventaja de una reflexión aún más alta de la pila L0. Se pueden requerir variaciones pequeñas en el diseño de la pila para lograr un buen desempeño de grabación.
Una ventaja adicional del uso de ranuras superficiales en la pila L0 invertida es que una oscilación de la ranura guia es menos visible en la reflexión del haz de radiación. Se utiliza una oscilación para modular la información adicional en la ranura guia, por ejemplo una dirección o señal de tiempo. Por ejemplo, cuando se utiliza una ranura guia con una profundidad GLo de 160 nm, es visible una variación de 15% en la señal con la misma frecuencia como la oscilación. A una profundidad de ranura GL0 de 35 nm, esta variación está sustancialmente ausente. La invención será dilucidada en mayor detalle con referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales la figura 1 muestra la reflectividad de un área no utilizada (espejo) y el área con ranura para una pila de DVD+R L0 invertida. La profundidad de la ranura es 126 nm. La reflectividad en el área con ranura es solo aproximadamente 15% de la reflectividad en el área no utilizada, la figura 2 muestra la reflectividad en un área no utilizada (espejo) y un área con ranura para una pila de DVD+R L0 invertida. La profundidad de la ranura es 35 nm. La reflectividad en el área con ranura es aproximadamente 85% de la reflectividad en el área no utilizada, la figura 3 muestra esquemáticamente una sección transversal de una modalidad de acuerdo con la invención, la figura 4 muestra esquemáticamente una sección transversal de una modalidad de acuerdo con la invención para una pila L0 invertida, las figuras 5a y 5b muestran el resultado calculado de un estudio de modelado de un diseño de pila de acuerdo con la invención, las figuras 6a y 6b muestran el resultado calculado de un estudio de modelado de otro diseño de pila de acuerdo con la invención, la figura 7 muestra la reflexión y modulación calculadas para un disco de referencia: DVD+R de capa individual . En la figura 1 se presentan los resultados de experimentos en pilas de DVD+R L0 invertidas cuando se utiliza un substrato con una profundidad de ranura GLo de 126 nm, que no está de acuerdo con la invención. La reflectividad en el área con ranura es aproximadamente 15% de la reflectividad en el área no utilizada (espejo) . Este valor no es aceptable. En la figura 2 se muestran los resultados de experimentos en pilas de DVD+R L0 invertidas. Se utilizó un substrato de DVD+RW con una profundidad de ranura de aproximadamente 35 nm, de acuerdo con la invención. La reflectividad en el área con ranura es aproximadamente 85% de la reflectividad en el área no utilizada, la cual es significantemente más alta que para las ranuras más profundas. El disco aún muestra suficiente señal en contrafase, de manera que es posible el rastreo. También, los experimentos muestran que es posible escribir datos, aunque la modulación parece ser relativamente baja (10%, relación del portador 11T con el ruido CNR - 30 dB) pero con el diseño de pilas de la figura 5 y la figura 6 es posible una modulación alta. El substrato Lo 31a tuvo ranuras con una profundidad de 35 nm con una anchura FWHM L0 de 300 nm, una capa reflexiva 39 de Ag, 100 nm y una capa de grabación de materia colorante tipo azo 35 de 80 nm y una capa protectora. Las materias colorantes típicas que se pueden utilizar son materias colorantes de tipo (talo) cianina, tipo azo, tipo escualirio, tipo pirrometano u otro tipo que tenga las propiedades deseadas. En la figura 3, se muestra un medio almacenamiento de datos óptico de múltiples pilas 30 para grabación. Un haz de radiación enfocado, es decir un haz de rayo láser 40 con una longitud de onda de aproximadamente 655 nm, entra a través de la cara de entrada 41 del medio 30 durante la grabación. El medio comprende un primer substrato 31a, el cual tiene presente en un lado del mismo una primera pila de grabación 33 denominada L0, que comprende una capa de grabación Lo tipo grabable 35, es decir una materia colorante de tipo azo. La capa de grabación L0 está formada en una primera ranura guia L0 38a y una primera capa reflexiva 39 está presente entre la capa de grabación L0 35 y el primer substrato 31a. Un segundo substrato 31b tiene presente en un lado del mismo una segunda pila de grabación 32 denominada L: que comprende una capa de grabación Li del tipo de materia colorante tipo azo grabable 34. La segunda pila de grabación Li 32 está presente en una posición más cercana a la cara de entrada 41 que la pila de grabación L0 33 y está formada en una segunda ranura guia Li 37. Una capa de separación transparente 36 está interpuesta entre las pilas de grabación 32, 33 y tiene un espesor de aproximadamente 40 um. La primera ranura guia L0 38a tiene una profundidad de 35 nm. Se debe observar que la profundidad de la ranura guia es definida en la posición de la capa semi-reflexiva presente entre 34 y 36. El medio puede ser fabricado como sigue. La separación 36 contiene ya sea la primera ranura guia, también llamada pre-ranura, para Lo o esta primera ranura guia para Lo es masterizada en el separador después de la aplicación de éste a Li. Normalmente, la ranura guia constituye una espiral. Luego, la primera pila de grabación Lo es depositada sobre el separador con ranura 36. Finalmente, el primer substrato 31a, que no contiene ranuras, es aplicado. Esta disposición es llamada tipo 1. En la figura 4, se muestra una variante del medio 30 denominada tipo 2. El tipo 2 está basado en una pila Lo invertida y es la modalidad preferida. La descripción de la figura 3 se aplica con la excepción que una ranura guia 38b ahora está presente en el primer substrato 31a. Este primer substrato 31a con L0 está unido al substrato con Li con la capa de separación transparente 36 en medio. Los diseños de pila L0 adecuados, específicos, denominados pila 1, pila 2 y pila 3 se describen en otra parte en este documento con la descripción de la figura 5 y la figura 6. El espesor preferido de la capa de separación para ambos tipos de disco es 40 µ? a 70 um. Una modalidad especifica sería: Li: materia colorante de 80 nm/Ag de 12 nm/resina curable con luz UV (capa protectora) y L0: (ZnS) 80 (Si02) 20 de 100 nm/materia colorante de 130 nm/Ag de 100 nm y un espesor del separador de 55 nm. La reflexión efectiva de Li es 20% y la reflexión efectiva (medida a través de Li) de L0 es 21% a una longitud de onda del haz de radiación de aproximadamente 655 nm. La pila Li superior de un disco DVD de doble pila, grabable debe tener alta transparencia a fin de ser capaz de dirigir la pila L0 subyacente, inferior. Al mismo tiempo, Li debe tener preferiblemente una reflectividad de al menos 18% a fin de cumplir con la especificación del DVD-ROM de doble capa. Las pilas propuestas en este texto no están restringidas al uso de DVD+R+DL y se pueden aplicar en cualquier medio de grabación óptica basado en materia colorante orgánica (de múltiples pilas) . En las figuras 5a y 5b se presentan los resultados del modelado en una pila con el siguiente diseño:
Pila 1: - ranuras guia con una profundidad de 25 a 40 nm en el substrato 31a, - un espejo de Ag ópticamente cerrado de 100 nm. También se pueden utilizar otros metales, por ejemplo Au, Cu o Al, - una capa de materia colorante tipo azo, con un espesor de 130 nm en la parte no grabada, el Indice refractivo de la materia colorante es 2.24-0.02Í (? = 655 nm) , el cual corresponde a una materia colorante típica de DVD grabable, (ZnS) so (Si02) 20 de 80 a 120 nm, otros materiales dieléctricos con n ~ 2.1 proporcionan resultados idénticos. Este diseño combina una alta reflectividad y una alta modulación de la pila de grabación L0 invertida para el caso de ranuras superficiales. Las ranuras deben ser grabadas en la parte no grabada (opuesto a en la ranura) a fin de obtener la señal apropiada de la modulación (grabación alta a baja) . Esto tiene la ventaja adicional que la señal en contrafase tiene la señal apropiada ("sobre la parte no grabada"). EL parámetro L es definido como: L = (DG-dL) /G en la cual la fórmula es el espesor de la materia colorante en la ranura, dL es el espesor de la materia colorante en la parte no grabada y G es la profundidad de la ranura. Este parámetro^ es una medida para la nivelación de la materia colorante después de la deposición sobre la estructura de la ranura. Normalmente, la materia colorante es depositada mediante el revestimiento por rotación y típicamente la nivelación es entre aproximadamente 0.2 y 0.5. L = 0 significa que dG = dL y L = 1 significa que la superficie superior de la materia colorante es completamente plana después de la deposición sobre la estructura de la ranura guía. En la figura 5a se muestran los resultados calculados de la reflexión sobre la parte no grabada a una longitud de onda del haz de radiación de 655 nm como una función del espesor de materia colorante sobre la parte no grabada dL. En la figura 5b se muestran los resultados calculados de la modulación sobre la parte no grabada como una función del espesor de la materia colorante sobre la parte no grabada dL. La línea punteada, horizontal indica un nivel deseado, mínimo. Se puede observar que el nivel deseado es alcanzado a un rango de espesor de la materia colorante de aproximadamente 70-150 nm. Los resultados experimentales obtenidos con esta pila 1 son: una alta modulación de 75% y un alto nivel de reflexión de 70%. La modulación es definida generalmente como
M = (Rsin marca"Rmarca) /Rsin marcar fórmula e la CUal Rmarca y Rsin marca son los niveles de reflexión del haz de rayo láser de lectura cuando está presente o no está presente una marca escrita, respectivamente. La potencia del haz de rayo láser requerida para escribir en la capa Lo es únicamente 7 mW, lo cual es favorable en vista de la presencia de la pila Lx debido a que una porción relativamente grande de la potencia será absorbida en la pila Li. En las figuras 6a y 6b, los resultados del modelado se presentan en una pila con el siguiente diseño:
Pila 2: - ranuras guia con una profundidad de 25 a 40 nm en el substrato 31a, - una capa reflexiva de Ag ópticamente cerrada 39 de 100 nm, también se pueden utilizar otros metales, por ejemplo Au, Cu o Al, - una capa de materia colorante tipo azo, espesor de 100 a 130 nm sobre la parte no grabada, el índice refractivo de la materia colorante es 2.24-0.021 el cual corresponde a una materia colorante típica, - una segunda capa reflexiva de 5 a 15 nm de Ag, también se pueden utilizar otros metales, por ejemplo Au, Cu o Al. La reflexión sobre la parte no grabada RL y la modulación sobre la parte no grabada ML se colocan en el diagrama como una función del espesor de la materia colorante sobre la parte no grabada dL para diferentes valores de nivelación L de la materia colorante. Un tercer diseño de pila es posible, el cual no se muestra en un dibujo pero se describe en este texto:
Pila 3: - ranuras guia con una profundidad de 25 a 40 nm en el substrato 31a, - una capa reflexiva de Ag ópticamente cerrada 39 de 100 nm, también se pueden utilizar otros metales, por ejemplo Au, Cu o Al, - una capa de materia colorante tipo azo 35, espesor de 90 nm a 160 nm sobre la parte no grabada, el índice refractivo de la materia colorante es 2.24-0.02i el cual corresponde a una materia colorante típica, - una capa de 5 a 50 nm de Si02, también se pueden utilizar otros materiales dieléctricos. En la figura 7, como un ejemplo, el resultado para un disco DVD+R de pila individual, convencional se muestra a una longitud de onda del haz de radiación de 655 nm. El índice refractivo de la materia colorante se toma como 2.24-0.02Í (? = 655 nm) . De acuerdo con los cálculos, cuando la materia colorante tiene un espesor de alrededor de 80 nm en la ranura, tanto la curva de reflexión en la ranura 72 como la curva de modulación en la ranura 71 están en valores óptimos. La reflectividad y la modulación calculadas están muy de acuerdo con los valores obtenidos experimentalmente. Para lograr una buena calidad de señal de la capa L0, se intentó obtener diseños de pila que combinan alta reflectividad con una alta modulación (ambos > 60%) . Esto da por resultado que para un diseño directo de pila de tres capas, las señales grabadas en la ranura tienen la polaridad errónea (grabación bajo a alto, no mostrada) en la mayoría de los casos. De esta manera, para el caso de las ranuras superficiales, se puede considerar la grabación sobre la parte no grabada, o diseños de pilas más complicados. Para los diseños de pilas de tanto la figura 5 como la figura 6 mencionados anteriormente, se puede identificar un rango de espesor de materia colorante donde tanto la modulación como la reflexión son altas. Se debe observar que las pilas propuestas en este texto son optimizadas por las ranuras superficiales. Se debe observar que las modalidades mencionadas anteriormente ilustran, preferiblemente que limitan, la invención y que aquellas personas expertas en el campo serán capaces de diseñar muchas modalidades alternativas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones anexas. En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no debe considerarse como limitante de la reivindicación. Las palabras "que comprende" no excluyen la presencia de elementos o pasos diferentes de aquellos listados en una reivindicación. Las palabras "uno" o "una" que preceden a un elemento no excluyen la presencia de una pluralidad de estos elementos. El único hecho que ciertas medidas son citadas en reivindicaciones dependientes, mutuamente diferentes no indica que no se pueda utilizar una combinación de estas medidas para aventajar. De acuerdo con la invención, se describe un medio de almacenamiento de datos ópticos de múltiples pilas para grabar y leer utilizando un haz de radiación enfocado que entra a través de una cara de entrada del medio. Tiene un primer substrato el cual tiene presente en un lado del mismo una primera pila de grabación denominada L0 que comprende una capa de grabación L0 de tipo grabable, formada en una primera ranura guia L0. Una primera capa reflexiva está presente entre la primera capa de grabación L0 y el primer substrato. Un segundo substrato el cual tiene presente en un lado del mismo una segunda pila de grabación denominada Li está presente en una posición más cercana a la cara de entrada que la pila de grabación Lo y está formada en una segunda ranura guia Li. Una capa de separación transparente está interpuesta entre las pilas de grabación. La primera ranura guia L0 tiene una profundidad GLO < 100 nm. De esta manera, un valor de reflexión relativamente alto de la pila Lo se logra a una longitud de onda del haz de radiación de aproximadamente 655 nm.
Se hace constar que con relación a esta fecha, mejor método conocido por la solicitante para llevar a práctica la citada invención, es el convencional para manufactura de los objetos o productos a que la misma refiere .