WO2008035522A1 - Optical recording medium - Google Patents

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Takayuki Shima
Yuzo Yamakawa
James Paul Fons
Junji Tominaga
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National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/21—Circular sheet or circular blank

Definitions

  • the present invention relates to an optical recording medium for reproducing information by irradiating a recording mark with a laser beam, and more particularly to an optical recording medium having an additional structure for reproducing a recording mark having a resolution limit or less.
  • an optical recording medium such as a digital video disc or a Blu-ray disc has a length of a recording mark and an unrecorded space adjacent to the recording mark in a reproducing optical system composed of a laser light wavelength ⁇ and a numerical aperture of an objective lens.
  • the length of the record mark that can be reproduced is longer than the resolution limit ( ⁇ / 4 ().
  • Ge Sb Te is used as the signal regeneration functional layer material, and the liquid phase of the same material becomes liquid phase
  • Patent Document 1 JP-A-5-258345
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 5-217211
  • Non-Patent Document 1 Tecnnical Digest of International symposium on Optica 1 Memory 2000, p. 224—225. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to enable only additional recording and reproduction or reproduction of marks smaller than the resolution limit, to obtain high reproduction performance (CNR, etc.), and to realize high reproduction durability. is there.
  • a recording layer In an optical recording medium that performs super-resolution reproduction, for example, as shown in an example of a cross-sectional view in FIG. 1, a recording layer, a signal reproduction function layer (sometimes called a mask layer), and protection. It consists of a layer and a reflective layer.
  • Super-resolution reproduction can be obtained as a result of the temperature of the signal reproduction functional layer being increased by laser light irradiation for reproduction, but this also increases the temperature between the signal reproduction functional layer and the adjacent protective layer. This causes an accompanying reaction, which affects the super-resolution reproduction performance of the signal reproduction function layer and makes it impossible to ensure sufficient reproduction durability.
  • a mixture of ZnS and SiO (ZnS—SiO 2) is used as a material for the protective layer.
  • write-once and rewritable optical recording media are the main protective layer materials.
  • the signal reproduction function layer and the protection layer are protected by introducing a thermally stable diffusion prevention layer between the signal reproduction function layer and the protection layer. It is possible to prevent or suppress the reaction associated with the temperature rise of the layer interface and increase the reproduction durability.
  • the amorphous phase portion is crystallized when irradiated with laser light for super-resolution reproduction, so that it can be used as a phase change recording film. I ca n’t.
  • Non-Patent Document 1 (See Non-Patent Document 1).
  • the CNR obtained is 15 dB or less.
  • reproduction CNR characteristics similar to those of Non-Patent Document 1 are expected to be obtained.
  • the phase change recording film portion of Patent Document 2 described above can be used as a signal reproducing function layer for super-resolution reproduction in addition to the conventional usage as a recording layer, but recording and super-resolution reproduction Cannot be fully used at the same time, and at least alone, it must be a practical optical recording medium for super-resolution playback! /.
  • this is used only as a signal reproduction function layer for super-resolution reproduction, and is configured with a separate recording portion.
  • the recording portion is a write-once recording layer or a phase recording pit formed in advance.
  • a new layer is provided before and after the signal reproduction function layer for super-resolution reproduction, and by combining these with an appropriate recording part, the effect of satisfying both high reproduction performance and high reproduction durability is achieved.
  • a super-resolution reproducing optical recording medium that can be put to practical use is provided.
  • FIG. 1 is a configuration example of an optical recording medium for performing conventional super-resolution reproduction.
  • FIG. 2 is a structural example of an optical recording medium for performing super-resolution reproduction according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the reproduction laser light power and the carrier-to-noise ratio (CNR) for explaining the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of repetitions of super-resolution reproduction and the carrier-to-noise ratio (CNR) for explaining the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of repetitions of super-resolution reproduction and the intensity of reflected light from a medium for explaining the present invention.
  • FIG. 2 shows a configuration example of an optical recording medium for super-resolution reproduction according to the present invention. It consists of a substrate, a recording layer, a protective layer, a diffusion prevention layer, a signal reproduction function layer, a diffusion prevention layer, a protection layer, and a reflection layer.
  • the material of the signal reproduction functional layer preferably contains Sb or Te (in the present specification, it means Sb, Te or (Sb and Te)). Specifically, Sb-Te, Ge—Te, Ge—Sb—Te, Zn—Sb and the like can be mentioned. In addition, Ag, In, Ge, etc. may be contained as impurities.
  • the protective layer is made of ZnS-SiO.
  • the mixing ratio of ZnS and SiO is 90m.
  • ol% It is desirable to be in the range of 10 mol% to 60 mol%: 40 mol%.
  • the material of the diffusion prevention layer is not limited as long as it can prevent or suppress the reaction accompanying the temperature rise at the interface between the signal reproduction functional layer and the protective layer, and therefore various materials that are thermally stable can be used. Specifically, nitrides, oxides, and carbides such as Ge, Zr, Ce, Cr, Si, Al, Ti, and Ta are preferable.
  • the material of the diffusion preventing layer is not necessarily the same before and after the signal reproducing function layer, and may be formed by selecting from the above.
  • the reflection layer has one of the main roles of adjusting the reflectance of the optical recording medium, Ag, A
  • the force recording layer, the signal reproducing function layer, and the diffusion preventing layer are arranged in the order of the recording layer, the signal reproducing function layer, the diffusion preventing layer, and the reflecting layer from the substrate side through the protective layer.
  • the order of may be reversed.
  • the reflective layer may be formed on the most substrate side.
  • the material of the recording layer has its optical constant irreversibly changed by laser light irradiation, and Any material can be used as long as the recording formed in the recording layer is not lost when the laser beam for super-resolution reproduction is irradiated.
  • the material of the substrate is not particularly limited, and glass, plastic, or the like can be used.
  • the substrate may be optically opaque to the laser light.
  • a substrate on which recording pits are formed in advance may be used, and the medium may be a read-only type.
  • Diffusion prevention layer made of germanium nitride (Ge—N) 5nm
  • signal regeneration made of Sb Te
  • the functional layer is 10 nm
  • the diffusion prevention layer made of Ge—N is 5 nm
  • the (ZnS) (SiO 2) force is also maintained.
  • a protective layer of 15 nm and a reflective layer made of Ag Pd Cu alloy were formed in order of 40 nm.
  • an optical recording medium for super-resolution reproduction that does not include a diffusion prevention layer was formed.
  • a protective layer made of (ZnS) (SiO 2) on a polycarbonate substrate was formed.
  • a protective layer made of 3 85 2 15 was formed in a thickness of 20 nm, and a reflective layer made of Ag Pd Cu force was formed in a thickness of 40 nm.
  • DDU-1000 manufactured by Pulstec Industrial Co., Ltd.
  • the record is mainly that PtO is thermally decomposed into platinum and oxygen in the mixture of PtO and SiO.
  • Example 1 and Comparative Example 1 were able to perform super-resolution reproduction around 2. OmW, and 3. CNR was about 44 dB near OmW. That is, even in Example 1 in which a diffusion preventing layer is newly introduced, it is possible to obtain the same high / CNR characteristics as in Comparative Example 1 in the past.
  • a protective layer made of (ZnS) (SiO 2) is formed on a substrate on which recording pits are formed in advance.
  • a protective layer having 85 iO) force was formed in order of 93 nm.
  • An optical recording medium for super-resolution reproduction that does not include a diffusion prevention layer was formed.
  • a protective layer with a (ZnS) (SiO 2) force is formed on a substrate on which recording pits have been formed in advance.
  • DDU-1000 manufactured by Pulstec Industrial Co., Ltd.

Landscapes

  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Description

明 細 書
光記録媒体
技術分野
[0001] 本願発明は、記録マークにレーザー光を照射することにより、情報を再生する光記 録媒体、特に解像限界以下の記録マークを再生するための付加構造を有する光記 録媒体に関する。
背景技術
[0002] 例えば、デジタルビデオディスクやブルーレイディスク等の光記録媒体は、レーザ 一光波長 λと対物レンズの開口数 ΝΑから成る再生光学系において、記録マークと それに隣接する未記録スペースの長さが同じである記録マーク列について、再生可 能な記録マークの長さは、解像限界（ λ /4ΝΑ)以上となる。
[0003] このような光記録媒体において、解像限界以下の大きさの記録マークを再生する方 法として、光記録媒体にレーザー光スポットを小さくする機能を有する信号再生機能 層を付加し、媒体内で実質的に ΝΑを高める技術が検討されている。
[0004] 例えば、信号再生機能層材料として、 Ge Sb Teを用い、同材料の液相化に伴う
2 2 5
屈折率変化を利用することで、再生性能の指標である搬送波対雑音比（Carrier to Noise Ratio, CNR)の高い超解像再生を得るものが知られている（特許文献 1参 照）。実験的に超解像再生が得られるのは、再生のためのレーザー光照射パワーを 上げた場合である。
[0005] Ge Sb Teに限らず、 Sb又は Teを含む別組成の信号再生機能層材料を用いても
2 2 5
、実験的に同様に CNRの高い超解像再生を行うことができる力 いずれもレーザー 光照射パワーを上げたことによる媒体内昇温に伴う影響を受け、超解像再生を行うと きの再生耐久性が実用上十分でない問題を抱えて!/、る。
特許文献 1 :特開平 5— 258345号公報
特許文献 2：特開平 5— 217211号公報
非特許文献 1 : Tecnnical Digest of International symposium on Optica 1 Memory 2000, p. 224— 225. 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本願発明の目的は、解像限界よりも小さいマークを追記記録及び再生又は再生の みでき、かつ高い再生性能（CNR等）が得られ、かつ高い再生耐久性を実現するこ とである。
課題を解決するための手段
[0007] 超解像再生を行う光記録媒体では、例えば、図 1にその断面図の一例を示すように 、記録層、信号再生機能層（場合によりマスク層と呼ばれることもある。 )、保護層、反 射層から構成される。再生のためのレーザー光照射により、信号再生機能層の温度 が上がった結果、超解像再生を得ることができるが、これはまた信号再生機能層と隣 接する保護層との間で昇温に伴う反応を引き起こすことになり、このことが信号再生 機能層の超解像再生性能に影響を与え、再生耐久性を十分確保することができなく なる。
[0008] 上記反応は、保護層の材料として例えば、 ZnSと SiOの混合物（ZnS— SiO )を用
2 2 いた場合に起こる力 S、 ZnS - SiOは、高い光透過性、低い熱伝導性、低い熱膨張性
2
などの観点から追記型及び書き換え型の光記録媒体では主要な保護層材料となつ ている。
[0009] 図 2の断面図に示すように、本願発明においては、信号再生機能層と保護層との 間に、熱的に安定な拡散防止層を導入することにより、信号再生機能層と保護層界 面の昇温に伴う反応を阻止または抑制し、再生耐久性を上げることができる。
[0010] ところで、相変化記録膜の書き換え繰り返し回数を改善するため、相変化記録膜に 隣接して新たな保護層を導入する方法が公知である（特許文献 2参照）。本願発明と は、 目的の違いによる以下に示す理由から、光記録媒体の構成が異なっている。
[0011] 本願発明における信号再生機能層として使用する材料について、超解像再生のた めのレーザー光照射時に、アモルファス相部分は結晶化してしまうため、これを相変 化記録膜として用いることはできなレ、。
[0012] また、 Ge Sb Teを保護層で挟んだ構造においても超解像再生は行えると報告さ
2 2 5
れている（非特許文献 1参照）。該発明によると、 =403nm、 NA = 0. 6の光学系 を用い、解像限界以下 lOOnm記録マークの再生を行ったところ、得られる CNRは 1 5dB以下とある。上記特許文献 2に記載の構造を用いた場合も、上記非特許文献 1 に類似した再生 CNR特性が得られると見込まれる。
[0013] つまり、上記特許文献 2の相変化記録膜部分は、従来の記録層としての使い方の 他に、超解像再生のための信号再生機能層として応用できるものの、記録及び超解 像再生の機能を同時に十分発揮することはできず、少なくとも単独では、実用的な超 解像再生のための光記録媒体とならな!/、。本願発明にお!/、てはこれを超解像再生の ための信号再生機能層としてのみ利用し、別に適当な記録部分と合わせた構成とす る。記録部分とは具体的に、追記型記録層もしくはあらかじめ形成された位相記録ピ ットなどである。
発明の効果
[0014] 本発明においては、超解像再生のための信号再生機能層前後に新たな層を設け 、これらを適当な記録部分と組み合わせることにより、高い再生性能と高い再生耐久 性をともに満たす効果を得、その結果、実用化が可能な超解像再生光記録媒体を提 供する。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]従来の超解像再生を行うための光記録媒体の構成例である。
[図 2]本願発明に係る超解像再生を行うための光記録媒体の構成例である。
[図 3]本願発明を説明するための再生レーザー光パワーと搬送波対雑音比（CNR) の関係を示す図である。
[図 4]本願発明を説明するための超解像再生繰り返し回数と搬送波対雑音比（CNR )の関係を示す図である。
[図 5]本願発明を説明するための超解像再生繰り返し回数と媒体からの反射光強度 の関係を示す図である。
符号の説明
[0016] 1 基板
2 保護層 4 信号再生機能層
5 反射層
6 拡散防止層
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下に、本願発明を実施するための最良の形態を示す。
図 2に、本願発明による超解像再生のための光記録媒体の構成例を示す。基板、 記録層、保護層、拡散防止層、信号再生機能層、拡散防止層、保護層及び反射層 力、ら構成される。
[0018] 信号再生機能層の材料は、 Sb又は Te (本願明細書においては、 Sb、 Te又は（Sb 及び Te)を意味する。）を含むことが好ましぐ具体的には Sb— Te、 Ge— Te、 Ge— Sb— Te、 Zn— Sb等が挙げられる。またこれらに Ag、 In、 Ge等が不純物として含ま れていても良い。
[0019] 保護層の材料は、 ZnS - SiOが良ぐ ZnSと SiOの混合比（ZnS : SiO )が、 90m
2 2 2
ol%： 10mol%から 60mol% : 40mol%の範囲にあることが望ましい。
[0020] 拡散防止層の材料は、信号再生機能層と保護層界面の昇温に伴う反応を阻止ま たは抑制できれば良いので、熱的に安定な様々な材料を用いることができる。具体 的には、 Ge、 Zr、 Ce、 Cr、 Si、 Al、 Ti、 Ta等の窒化物、酸化物、炭化物であることが 好ましい。
[0021] 拡散防止層の材料は、信号再生機能層の前後で必ずしも同じである必要はなぐ 上記からそれぞれ選択して形成しても良い。
[0022] 反射層は、光記録媒体の反射率の調整がその主な役割の一つであるため、 Ag、 A
1、 Au、 Cu、 Pt、 Pd、 Ti、 W、 Mo等の各種金属及びその合金を用いることができる。 また必ずしも反射層を形成する必要はなレ、。
[0023] 図 2においては、保護層を介し基板側から、記録層、信号再生機能層及び拡散防 止層、反射層の順となっている力 記録層と、信号再生機能層及び拡散防止層の順 序は逆でも構わない。またレーザー光による記録及び再生を、基板を通して行わな い場合、反射層を最も基板側に形成しても良い。
[0024] 記録層の材料は、レーザー光照射によってその光学定数が不可逆に変化し、かつ 超解像再生のためのレーザー光照射時に記録層に形成された記録が消失しない材 料であれば何でも良い。
[0025] 基板の材料は、特に限定されず、ガラスやプラスチックなどが使用できる。レーザー 光による記録及び再生を、基板を通して行わない場合は、基板は、レーザー光に対 して光学的に不透明であっても良い。
[0026] 図 2の記録層を形成せず、あらかじめ記録ピットが形成された基板を用い、媒体を 再生専用型としても良い。
実施例 1
[0027] 図 2に示すように、ポリカーボネート基板上に、（ZnS) (SiO ) (つまり、 ZnS— Si
85 2 15
Oの ZnS : SiO力 S85mol% : 15mol%)から成る保護層を 110nm、酸化白金（PtO
2 2
)と SiOの混合物から成る記録層を 4nm、（ZnS) (SiO ) から成る保護層を 35nm
2 85 2 15
、窒化ゲルマニウム（Ge— N)から成る拡散防止層を 5nm、 Sb Teから成る信号再生
3
機能層を 10nm、 Ge— Nから成る拡散防止層を 5nm、（ZnS) (SiO ) 力も成る保
85 2 15 護層を 15nm、 Ag Pd Cu合金から成る反射層を 40nm、順に形成した。
98 1 1
[0028] <比較例 1〉
比較例として、図 1に示すように、拡散防止層を含まない、超解像再生のための光 記録媒体を形成した。ポリカーボネート基板上に、（ZnS) (SiO ) から成る保護層
85 2 15
を 110nm、 PtOと Si〇の混合物から成る記録層を 4nm、 (ZnS) (SiO ) 力ら成
2 85 2 15 る保護層を 40nm、 Sb Teから成る信号再生機能層を 10nm、 (ZnS) (SiO ) 力、ら
3 85 2 15 成る保護層を 20nm、 Ag Pd Cu力ら成る反射層を 40nm、順に形成した。
98 1 1
[0029] 測定は、実施例 1及び比較例 1ともに、 λ =405nm、 NA = 0. 65の光学系から成 る光ディスク評価装置 (パルステック工業株式会社製、 DDU— 1000)を用いた。
[0030] このように形成された光記録媒体に対し、線速度 4. 4m/sにおいて、解像限界以 下の lOOnmマーク（200nm周期）を、実施例 1では 9. 5mW、比較例 1では 10. Om Wのレーザー光パワーで記録した。
[0031] 記録は、 PtOと SiOの混合物のうち主に、 PtOが白金と酸素に熱分解することで
2
生じる媒体内での変形によって成され、この記録は一度だけ行うことが可能である。
[0032] 記録後の光記録媒体に、再生のためのレーザー光パワーを照射したところ、図 3に 示すように、実施例 1及び比較例 1とも、 2. OmWを超えた辺りで、超解像再生が可 能となり、 3. OmW付近になると、 CNRは約 44dBであった。つまり、拡散防止層を新 たに導入した実施例 1にお!/、ても、従来の比較例 1と同様の高!/、CNR特性を得るこ とが可能である。
[0033] 超解像再生を繰り返し行った場合に、 CNRが初期値から 3dB下がるまでの回数を 測定したところ、図 4に示すように、比較例 1 (再生レーザー光パワー： 2· 8mW)では 約 75, 000回、実施例 1 (再生レーザー光パワー： 3· OmW)では約 268, 000回とな つた。つまり、拡散防止層の導入により、超解像再生時の再生耐久性が従来の 3倍 以上に向上した。
[0034] 次に、 lOOnmマーク（200nm周期）と 350nmマーク（700nm周期）を含む複合マ 一ク列を記録した。 lOOnmマーク部分の超解像再生を行うため、上述図 4と同じ再 生レーザー光パワーを照射し、そのときの媒体力もの反射光強度変化を測定した。 図 5に示すように、比較例 1では約 10, 000回を超えると反射光強度が低下したが、 実施例 1では約 50, 000回後も反射光強度はほぼ変化しな力、つた。これは、拡散防 止層の導入により、信号再生機能層と保護層界面の昇温に伴う反応を阻止または抑 制できたためと考えられる。
実施例 2
[0035] 実施例 1の構造において、拡散防止層の材料を酸化ジルコニウム（Zr-O)に変更し た光記録媒体を形成した。本実施例 2においても、 λ =405nm、 NA=0. 65の光 学系から成る上記光ディスク評価装置を使用し、線速度 6m/sにおいて、解像限界 以下 lOOnmマーク（200nm周期）を 10. 5mWのレーザー光パワーで記録した。
[0036] 記録後の光記録媒体に、超解像再生のためのレーザー光パワーを照射したところ 、 3. 2mWにおいて、 CNRは約 42dBが得られた。この再生を繰り返し行い、初期値 力も 3dB下がるまでの回数を測定したところ、約 190, 000回となった。これは比較例 1に比べ、 2. 5倍以上に向上した。
実施例 3
[0037] あらかじめ記録ピットが形成された基板上に、 (ZnS) (SiO ) から成る保護層を 9
85 2 15
3nm、酸化セリウム（Ce—〇）から成る拡散防止層を 7nm、 Ag In Sb Te 力、ら成る信号再生機能層を 15nm、 Ce— Oからなる拡散防止層を 7nm、 (ZnS) (S
85 iO ) 力もなる保護層を 93nm、順に形成した。
2 15
[0038] <比較例 2〉
拡散防止層を含まない超解像再生のための光記録媒体を形成した。あらかじめ記 録ピットが形成された基板上に、（ZnS) (SiO ) 力も成る保護層を 100nm、 Ag I
85 2 15 6. 0 n Sb Te 力 成る信号再生機能層を 15nm、 (ZnS) (SiO ) 力 なる保護
4. 4 61. 0 28. 6 85 2 15
層を 100nm、順に形成した
[0039] 測定は、実施例 3及び比較例 2ともに、 λ = 635nm、 NA = 0. 60の光学系から成 る光ディスク評価装置 (パルステック工業株式会社製、 DDU— 1000)を用いた。
[0040] 実施例 3及び比較例 2に対し、線速度 6m/sにおいて、解像限界以下の 200nm 記録ピット（400nm周期）に、超解像再生のためのレーザー光パワーを照射したとこ ろ、ともに 3. 4mWにおいて、 CNRは 43dBであった。
[0041] この再生を繰り返し行い、初期値から 3dB下がるまでの回数を測定したところ、比較 例 2では約 8, 000回、実施例 3では約 20, 000回であった。つまり拡散防止層の導 入により、超解像再生時の再生耐久性が従来の約 2. 5倍に向上した。

Claims

請求の範囲
[1] あらかじめ記録ピットが形成された基板上に信号再生機能層が積層された超解像 再生を行うための光記録媒体において、該信号再生機能層は、二つの拡散防止層 により挟まれ、さらに、該拡散防止層は、二つの保護層により挟まれており、該信号再 生機能層は、 Sb又は Teを含有し、該拡散防止層は、窒化物、酸化物又は炭化物に より形成されていることを特徴とする超解像再生を行うための光記録媒体。
[2] 基板上に一度だけ記録可能な記録層及び信号再生機能層が積層された超解像 再生を行うための光記録媒体において、該信号再生機能層は、二つの拡散防止層 により挟まれ、さらに、該拡散防止層は、二つの保護層により挟まれており、該信号再 生機能層は、 Sb又は Teを含有し、該拡散防止層は、窒化物、酸化物又は炭化物に より形成されていることを特徴とする超解像再生を行うための光記録媒体。
[3] 上記保護層は、 ZnSを含んでいることを特徴とする請求項 1又は 2に記載された超 解像再生を行うための光記録媒体。
[4] 上記記録層は、貴金属酸化物の熱分解に伴う変化を利用することにより形成するこ とを特徴とする請求項 2に記載の超解像再生を行うための光記録媒体。
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