光學記錄載體的製作方法
2023-05-10 18:33:21
專利名稱：光學記錄載體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學記錄載體，供藉助於入射到記錄載體入射面的輻射束寫入和讀出信息之用，該記錄載體包括一個基片，基片上載有一疊層，該疊層由記錄層、幹涉層和反射層依次疊成。幹涉層是產生光學幹涉效應的層。
許多周知的光學記錄載體，例如雷射唱片(CD)、雷射唱片只讀存儲器(CD-ROM)和雷射電視唱片(LV)都由製造廠家在其上錄製有信息，而只能由使用者讀出這些信息。一種記錄載體，可以在專用的寫/讀裝置錄製，而且也可用讀出上述不能錄製的記錄載體所使用的同一種讀出裝置讀出，這種記錄載體在許多場合都可以使用。例如，給小批客戶分配聲頻或數字數據形式的信息，在那種場合下使用正規的CD或CD-ROM製品就未免花費太大。然而，就讀出能力來講，這種已錄製的記錄載體應該能滿足未錄製記錄載體同樣的標準要求。這方面對CD來說就是初始反射率達70%或以上，反差達60%。初始反射率是記錄載體未錄製部分的反射率，反差則等於未錄製部分與錄製部分的反射率差除以初始反射率。我們知道，製造滿足這些要求的可錄製記錄載體是有困難的。尤其是當記錄層採用相變材料製造時，更是如此。這種材料受雷射照射時，晶相發生變化，從而使材料的反射率發生變化。這種周知的相變材料，其反射率過低，以致不能輕易用在能與CD相適應的記錄載體中。
從歐洲專利申請0352105中可以了解到本說明書開端所述的那種記錄載體。這種可錄製的記錄載體包括一個基片，基片的一面是入射面，基片的另一面先是記錄層，然後是幹涉層，最後是反射層。入射到基片上的輻射束先入射到記錄層上，然後再入射到幹涉層和反射層上。換句話說，疊層的記錄層面對著入射面。由於各層中的幹涉作用，該疊層不僅提高了記錄載體的反差，而且也提高了初始反射率。上述專利申請中所述的記錄載體最佳實施例有一個由相變材料InSb製成的記錄層，該記錄載體的未錄製和已錄製部分的反射率分別為72%和38%，因而反差為47%。
上述專利的記錄載體具有這樣的缺點，其疊層的結構使得只有很少一部分其反射率和反差有所提高。其它寫入或擦除性能往往更好的記錄材料並不能以這疊層產生反射率和反差高到我們所希望的水平。我們希望提高記錄載體的反差不僅是為了滿足工業標準的各項要求，而且也是為了提高信噪比，從而提高記錄載體的可讀性。
本發明的目的是提供本說明書開端所述的那一種記錄載體，這種記錄載體可以採用多種類型的記錄層，且不僅反差相當高，而且反射率也夠高。本發明提供兩種各具有具體實施例的新型記錄載體。
第一種記錄載體的特徵在於，疊層的反射層面對著入射面，且反射層由金屬或金屬合金組成。若入射光先入射到反射層上再經幹涉層入射到記錄層，則需視具體實施方案才能確定記錄載體的反射率和/或反差是否比上述專利記錄載體都高。
這種記錄載體其特徵在於反射層的透射係數大於0.2的實施例，其反差有所提高。
根據本發明再一個記錄載體的實施例，金屬層制在介質的無機材料的基層上。已證明，這樣一種基層可以生長厚度恆定的薄金屬層。
第二種記錄載體的特徵在於，疊層的反射層面對著入射面，且反射層至少有三個介質層。種疊層結構由於反射層不吸收光能，因而反射率和反差都高。
上述兩種記錄載體的最佳實施例具有這樣的特徵記錄層上幹涉層的對側另設一幹涉層和一反射層。由於額外增設了這兩個薄層，反射率和反差都提高了。
該另一個反射層最好是金屬，這樣，通過該另一反射層的輻射量儘可能小，因而有儘可能大的輻射量可以利用來讀出，同時記錄載體的反射率達最大值。這樣的單層反射層是不難形成的。
本發明的疊層結構特別適用於製造反射率和反差高的記錄載體，其中記錄層由相變材料組成。
該材料最好含Ge和Te的化合物。這種材料的好處是，錄製性能令人滿意，而且反射率和反差都高。
反射層採用Ta2O5具有這樣的好處，即反射層可以用濺射法快速形成，成本低，且這種材料折射率高，傳熱係數低。後一種性能使記錄層的錄製只需要很小的功率。
若記錄載體的入射面上還敷有抗反射塗層，則入射面上就再也沒有反射損失。這樣，疊層的反射率就比沒有抗反射塗層的記錄載體低，同時記錄載體總的說來仍然還具有所要求的高反射率。由於疊層的反射率可以降低如此程度，因而有可能採用反射率低但錄製性能令人滿意的相變材料作為記錄層，而迄今為止這樣的材料都被認為是不能用的。
現在參看
本發明的內容。附圖中圖1示出了本發明第一實施例的記錄載體;
圖2示出了圖1記錄載體的反射率作為反射層厚度的函數的關係曲線;
圖3示出了額外設有另一反射層和另一幹涉層的記錄載體;
圖4示出了本發明第二實施例的記錄載體;
圖5示出了本發明的記錄載體;
圖6示出有一基層的記錄載體。
圖1是本發明光學記錄載體的剖面圖。記錄載體有一個基片1，該基片可以由例如塑料片或玻璃片製成。在例如美國專利3，376，842(PHN6.296)所述的可用以寫入和/或讀出記錄載體的光掃描設備中所產生的輻射束通過記錄載體的入射面2進入基片中。該輻射束在圖中用箭頭P示意表示。基片上的疊層包括反射層4、透明幹涉層5和記錄層6，並處在入射面的另一側。記錄載體疊層的一側可敷上保護塗層7，保護塗層7可以用有機材料製成。記錄層上以信息區的形式記錄有信息，該信息區在光學性能上與周圍的區域不同。這些區域的例如折射係數與周圍區域的不同，因而其反射係數與周圍區域的不同。
反射層4會反射入射輻射的一部分。反射層的反射係數在很大的程度上確定整個記錄載體的反射係數。通過反射層的輻射經幹涉層5入射到記錄層6上。在幹涉層5、記錄層6和保護7之間的過渡層的反射輻射會產生相長幹涉或相消幹涉，這視乎各層的厚度和折射率而定。幹涉層5與反射層4之間的過渡區會將部分為記錄層所反射的輻射反射回記錄層上。該輻射束又會幹涉通過反射層4的光。這個雙重幹涉作用確定待讀取的區域所產生的光學效應的放大作用。適當選取疊層3中各薄層的厚度和折射率可以使整個記錄載體的反射率和各區域的光學反差達到所要求的數值。我們還可以反轉各區域的反差，即，若記錄層中沒有毗鄰層的區域其反射率低於周圍的區域，則通過增設毗鄰層可以使該區域的反射率比周圍區域的高。反差的這種反轉使我們有可能利用過去由於不能滿足既定標準系統的各項要求而迄今被認為不能使用的記錄層材料。
本發明的疊層特別適用於其中的記錄層為相變材料的可錄製記錄載體。這種材料中的晶相可以通過輻射加熱然後冷卻的方法加以改變。例如，可以將結晶相改變為非結晶相，或將非結晶相改變為結晶相。由於各相的光學性能不同，因而藉助於輻射束可以檢測出晶相中變化的區域。下面就具有特別適用作記錄材料的GeTe合金的記錄載體說明本發明由相變材料組成的疊層的優點。
在此第一實例中的未錄製GeTe的記錄載體6系處於非結晶狀態，用光錄製時使記錄層的區域形成結晶。記錄層的厚度經最優化以使結晶態下的反射率和反差都高。這種直接在基片上形成的記錄層其兩種狀態的反射率，即非結晶態和結晶態的反射率，分別為28%和56%。GeTe記錄層可以埋置在其結構可從歐洲專利申請0352105了解到的疊層中，該疊層由Ta2O5幹涉層和Au反射層組成。這種疊層中的金薄層其厚度為100納米，因而它不透光。各層厚度經最優化之後，反射率分別為26%和58%。對各層進行最優化時應該考慮的是，最優化時用的光不應為平行光而應為聚焦光束。這種最優化特別是可從日本專利申請2-158932中了解到。
按照本發明，GeTe記錄層系埋置在與上述已知疊層相反的疊層中。經最優化之後，本發明的疊層(如圖1所示)，其Au反射層4厚19納米，其Ta2O5幹涉層5厚184納米，其記錄層6厚23納米。於是記錄載體非結晶區域和結晶區域的反射率分別為28%和71%。儘管疊層的結構簡單，記錄載體卻能滿足本說明書開端所述的且對CD媒質提出的嚴格要求。
從圖2中不難看出反射層對含有本發明疊層的記錄媒體的光學性能的影響。圖2示出了記錄載體的反射率R作為金反射層厚度d的函數的關係曲線。該記錄載體的結構如下基片、金反射層、Ta2O5幹涉層，它們的厚度使記錄載體的反射率達最大值，此外還有21納米厚的記錄層。圖中上面的一個用c表示的曲線表示記錄層處於結晶的記錄載體的反射率，下面的一個用a表示的曲線表示記錄層處於非結晶態的記錄載體的反射率。金薄層的厚度小時，結晶態下的反射率提高，而在非晶態下的反射率仍然相等，從而促使反差增加。金薄層厚度大於約25納米時，非結晶態的反射率也開始增加，從而使兩種狀態下的反射率提高，反差減小。反差之所以減小是由於反射層因厚度增加而透射率下降所致。因此，在產生反差的記錄層上入射的入射輻射減少。若採用本記錄載體要求高的反差，則建議保持反射層的透射率在20%左右。然後用設在基片與厚幹涉層之間的反射層測定該透射率。反射層的透射率高意味著金屬層必須薄。這有另外一個好處，即該層的導熱率不太大。導熱率低，則加到記錄層的熱量就不會散發得太快，因而在寫入過程中只需要較小的功率就可以充分加熱記錄層，這方面特別是可從美國專利4，984，231了解到。
要進一步提高記錄載體的反差和反射率可以令通過記錄層的輻射再次反射來達到。如果沒有這個額外的反射，通過記錄層的輻射就損失掉。圖5示出了實現這一構思的記錄載體。從基片1看起，疊層3依次包括反射層4、幹涉層5、記錄層6、另一幹涉層8和另一反射層9。輻射通過入射面2進入記錄載體。薄層8和9反射通過記錄層6的光。除反射率提高外，增設該兩個薄層還具有這樣的好處，即疊層設計的自由度增加了，從而也使例如疊層的熱性能最優化了。現在就本發明的第二實例說明該兩個附加層對記錄載體反射率的影響，該實例中的記錄載體，其記錄層為GeTe，在未錄製狀態下為非晶態。這種埋置在圖1中所示的疊層中且經過最優化以便在非晶態下能具有高反射率和高反差的記錄層能得出非晶態和結晶態下的反射率分別為65%和27%的記錄載體。若加上另一幹涉層8和反射層9，則經最優化之後可得出如下的疊層結構18納米的Au反射層4，150納米的Ta2O5幹涉層5，20納米的GeTe記錄層6，185納米的Ta2O5幹涉層8和100納米的Au反射層9。在非晶態和晶態下的反射率分別為70%和12%。在本實例中，金用作另一反射層的材料，因為這種材料的反射係數高。若如此令人滿意的導熱層構成了記錄層過大的熱負荷，則另一反射層可以採用導熱率低的金屬合金或介質反射體。另一做法可以用有機材料製造全部或部分幹涉層，由此降低一個或多個幹涉層的導熱性，從而減小熱負荷。
圖4示出了本發明的第二種記錄載體。在該記錄載體中，圖1的金屬反射層用圖中以編號10、11和12表示的三個介質層組成的介質反射體代替。這三個層各個的光學厚度約為光波長的四分之一。這裡記錄層6仍然可以採用相變材料GeTe。在第三實例中，薄層3經最優化之後其GeTe非晶態的反射率高，反差最大。這時疊層的結構如下介質層10為95納米的Ta2O5，介質11為141納米的SiO2，介質層12為95納米的Ta2O5，幹涉層5為50納米的SiO2，記錄層6為20納米的GeTe，介質層8為190納米的Ta2O5。保護塗層7在本實例中還起反射層的作用。介質層8確保薄層6與8之間的過渡區的折射係數達到所要求的變化，保護塗層7則在記錄層錄製的過程中起過熱保護的作用。對記錄載體測定的結果表明，記錄載體非晶態的反射率為67%，晶態的反射率為28%。介質反射體的導熱係數比金屬反射體小，因而錄製層6所需的功率較小。若介質反射體由三個薄層組成，則可以達到與圖1帶金屬反射體4的記錄載體同樣的反射率和反差。
基片1採用注塑塑料時，可以在疊層一側的基片以例如供跟蹤輻射束用的凹痕或徑跡的形式提供信息。若基片是玻璃製成的，則提供該信息的方式更簡單，只要在基片與疊層之間的清漆層上提供即可。這種清漆層的折射係數大致上與基片的相同，因此基片基本上無需因清漆層的存在而要加以改造。顯然，即使疊層有介質反射體，清漆層也不會成為疊層的一部分，因為清漆層的折射係數始終是低的，而介質反射體的第一層其折射係數始終是高的。
在基片上生長薄金屬層並不都導致厚度均勻的層，因為許多金屬，其中有金，往往容易在生長工序起始時形成小島。對於生長在所說清漆層上的薄金屬而言，厚度的這種不均勻性特別顯著。在介質的無機材料製成的基層處生長該金屬層，可以抑制這種不均勻性的趨勢。這種材料最好用氧化物、氮化物或硫化物，例如Ta2O5、AlN、SiO2或ZnS。圖6示出有一基層的記錄載體。基片1具有一清漆層13，其中壓刻了跟蹤信息。清漆層頂上的疊層包括一基層14，一金屬反射層4、一幹涉層5、一記錄層6和一保護塗層7。這種基層也可以用在不具有清漆層的記錄載體中。這種基層的其他優點是，它能通過選擇該基層的折率和厚度的適宜數值，使用以獲得記錄載體的具體反射，它能通過用鈍化層密封金屬保護金屬反射層而不致因基片的沾汙物質的擴散引起的劣化。
在上述諸實例中，供輻射照射的入射面都處在基片1與疊層3不同的一側。當然也可以令輻射不先通過基片而使其直接入射到疊層上。這時這種記錄載體的入射面2(如圖5中所示)成了反射層4的上側。與圖1、3和4中所示的記錄載體相比，疊層各層的順序反了。
入射面2不僅反射部分出射輻射，也反射部分入射輻射。採用玻璃或塑料基片時，聚焦的輻射束中大約損失8%的輻射。在入射面上塗上抗反射層可以將損失減小到1%以下。因此錄製時可以使用更多的輻射，且在讀出過程中，返回來的輻射量更多。結果，要滿足記錄載體同樣的反射要求時，記錄載體中設有抗反射層的疊層其反射率比沒有抗反射層的記錄載體的低。若圖4有GeTe記錄層的記錄載體上設抗反射塗層，則記錄載體的反射率可以滿足CD的各項要求。
在上述諸實例中，不同的介質層都由Ta2O5製成。這些介質層的好處在所有光學記錄載體，特別是在需要熱來錄製記錄層的光學記錄載體中體現出來。
在所舉的諸實例中，相變材料都採用GeTe，顯然，本發明的記錄載體中也可以採用GeTe含例如Sb的合金或其它相變材料，例如含In、Sb、Se、Sn和/或Ga的合金。一般說來，本發明可用於在錄製過程中其折射係數變化的任何記錄材料的記錄載體。這些材料可以是象染料或金屬合金之類的一次錄製材料，和可以再錄製的材料。本發明還可用於含藉助於輻射束寫入和讀出的磁性材料記錄層的磁光記錄載體。
權利要求
1.一種光學記錄載體，供藉助於入射到記錄載體入射面的輻射束寫入和讀出信息之用，該記錄載體有一個基片，基片上載有一疊層，該疊層由記錄層、幹涉層和反射層依次疊層，其特徵在於，疊層的反射層面對著入射面，且反射層由金屬或金屬合金組成。
2.如權利要求1所述的光學記錄載體，其特徵在於，反射層的透射係數大於0.2。
3.如權利要求1或2的光學記錄載體，其特徵在於，該疊層包含基層，這基層毗連面向入射面的這反射層側邊上的反射層，基層是由介質的無機材料製成。
4.一種光學記錄載體，供藉助於入射到記錄載體入射面的輻射束寫入和讀出信息之用，該記錄載體有一個基片，基片上載有一疊層，該疊層由記錄層、幹涉層和反射層依次疊成，其特徵在於，疊層的反射層面對著入射面，且反射層至少有三個介質層。
5.如權利要求1、2、3或4中所述的光學記錄載體，其特徵在於，記錄層上幹涉層的對側另設一幹涉層和一反射層。
6.如權利要求5所述的光學記錄載體，其特徵在於，該另一反射層包括金屬或金屬合金。
7.如以上任一權利要求所述的光學記錄載體，其特徵在於，記錄層包括相變材料。
8.如權利要求7所述的光學記錄載體，其特徵在於，所述相變材料包括鍺(Ge)和碲(Te)的合金。
9.如以上任一權利要求所述的光學記錄載體，其特徵在於，其中至少有一個幹涉層包括氧化鉭Ta2O5。
10.如以上任一權利要求所述的光學記錄載體，其特徵在於，入射面上敷有抗反射塗層。
全文摘要
介紹了一種具有基片(1)和疊層(3)的光學記錄載體。疊層包括反射層(4)、幹涉層(5)和記錄層(6)。用箭頭表示的入射輻射先入射到反射層上，再入射到記錄層上。由於疊層採用這種結構，因而反射層已錄製區與未錄製區之間的反差高，且/或記錄載體的反射率高。
文檔編號G11B7/241GK1073270SQ9211426
公開日1993年6月16日 申請日期1992年12月9日 優先權日1991年12月12日
發明者J·H·庫姆斯, A·H·M·霍爾斯拉格, W·范埃斯-施皮克曼 申請人:菲利浦光燈製造公司