多疊層光學數據存儲介質及其應用的製作方法
2023-05-20 02:29:11 2
專利名稱：多疊層光學數據存儲介質及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用聚焦輻射束進行記錄的多疊層光學數據存儲介質，該聚焦輻射束的波長為λ並且在記錄過程中通過該介質的入射面入射，包括-第一基底，在其一側上具有-第一記錄疊層，記作L0，其包括可記錄型L0記錄層並且形成在第一L0引導槽中，該L0記錄層在槽中的厚度為dL0G，與該槽相鄰的厚度為dL0L，第一反射層位於該L0記錄層與第一基底之間，-第二基底，在其一側上具有-第二記錄疊層，記作L1，其包括可記錄型L1記錄層，該L1記錄層在槽中的厚度為dL1G，與該槽相鄰的厚度為dL1L，所述第二記錄疊層的位置比L0記錄疊層更靠近入射面，並且形成在第二L1引導槽中，-夾在記錄疊層之間的透明隔離層，所述透明隔離層的厚度基本上大於聚焦輻射束的焦深。
本發明還涉及這種介質的應用。
如開篇段落中所述的光學記錄介質的實施例可以從歐洲專利申請EP1067535A2中獲知。該介質的最常見的實施例是圓盤。
就光學記錄的市場而言，很清楚目前最重要且最成功的格式是一次性寫入格式的可記錄壓縮盤(CD-R)。儘管早已預測可重寫壓縮盤(CD-RW)將取代其重要性，但是CD-R介質的實際市場規模仍然比CD-RW至少大一個數量級。而且，驅動器的最重要參數是R-介質的最大寫入速度，而不是RW介質的最大寫入速度。當然，市場仍然可能向CD-RW轉移，這是因為例如CD-RW的Mount Rainier標準化。然而，R格式由於其與只讀壓縮盤(CD)的100％兼容性而已經證明非常具有吸引力。
當前，數字通用盤(DVD)作為一種數據存儲量比CD高得多的介質，已經獲得了一定的市場份額。目前，這種格式可用的類型有隻讀(ROM)和可重寫(RW)類型。在可重寫DVD(DVD+RW)標準之後，開發了一種新的可記錄(R)、即一次性寫入的DVD+R標準。新的DVD+R標準作為對DVD+RW的重要支持得到了越來越多的關注。可能的情況是終端消費者已經過於熟悉光學一次性寫入格式，因而與可重寫格式相比他們可能更容易接受光學一次性寫入格式。
R和RW格式都存在的問題是有限的容量以及記錄時間，這是因為僅存在單疊層介質。注意，對於ROM盤的DVD視頻來講，雙層介質已經獲得了相當大的市場份額。雙層、即雙疊層DVD+RW盤或許是切實可行的。然而，已經更加清楚的是，完全兼容的盤，即在雙層DVD-ROM的反射和調製技術要求內的盤是非常難以實現的，並且至少要求非晶/晶體相變材料性質的重要突破，該材料用作諸如DVD+RW介質中的記錄層。如果沒有完全兼容性，雙層DVD+RW在市場中能否成功就會受到置疑。
為了獲得與雙層DVD-ROM標準相兼容的雙層DVD+R介質，上層L1和下層L0的有效反射率至少應為18％。有效表示當存在兩個疊層L0和L1並且分別聚焦到L0和L1上時，測得的從該介質返回的有效光部分的反射率。這意味著疊層L0因此需要高得多的反射水平，例如大於50％，優選大於60％，這是因為疊層L1吸收了大部分入射和出射光。應當注意，常用的L0和L1符號規則中，符號L0是「最近的」疊層，即最接近輻射束入射面，而在本文獻中，該符號規則已經改變了現在L0是最深的疊層，L1……Ln是更接近輻射束入射面的疊層。在EP1067535A2中，使用了以下定義dG1(對應於本文獻中的dL1G)是染料層在第一或頂部信息記錄/再現單元的槽中的厚度，該單元對應於L1，dG2(對應於本文獻中的dL0G)是染料層在第二信息記錄/再現單元的槽中的厚度，該單元對應於L0。dL1(對應於本文獻中的dL1L)是染料層在對應於L1的脊上的厚度，dL2(對應於本文獻中的dL0L)是染料層在對應於L0的脊上的厚度。對應於L1的槽的深度是d1，而對應於L0的槽的深度d2的定義不同。d2是在塗敷了染料層之後在染料表面上測得的脊與槽的高度差。dG2、d2和dL2設為約174、140和120nm。計算表明這對應於與L0相對應的基底中的槽深度g，約為194nm。申請人的測量已經表示了槽深度為194nm的已知介質的反向L0疊層的反射率僅為空白區域(即沒有槽的區域)反射率的15％-50％。這意味著不可能達到期望的60％的反射水平，因為為了獲得與雙層DVD-ROM標準相兼容的雙層DVD+R介質，聚焦到下層L0的數據軌道上的光束反射率應足夠高(典型地＞60％，這取決於上層L1的透射率)。從生產雙疊層DVD+R的角度來看，反向L0層結構是優選的，這意味著L0疊層的記錄層出現在反射層的除了在基底上具有槽結構一側之外的一側。在EP1067535A2中，提出了dG1基本上等於dG2，dL1基本上等於dL2。而且dG1應大於dL1，而dG2應大於dL2。
本發明的目的是提供一種開篇段落中所述類型的光學數據存儲介質，其L0疊層的反射水平以及L0記錄疊層記錄層中記錄標記的調製水平與雙層DVD-ROM技術要求相兼容。
根據本發明的光學存儲介質已經實現了這個目的，其特徵在於第一L0引導槽的深度小於0.15λ，dL0L基本上等於或大於dL1G。為了實現L0疊層的高反射率值，提出了淺槽。根據計算，深度大於0.3λ的槽也可以實現高反射率，但是從母版製作和注模的角度考慮其更難於製造。對於0.15λ以上反射率降低的解釋是覆蓋了金屬的槽起到輻射束波導的作用，從而由於光學效應降低了有效反射率。當深度＞0.3λ時，這些效應會再次導致反射率增加。因為在脊(即在通常形成為螺旋形的L0引導槽之間)上記錄L0疊層，所以要求厚度dL0L至少基本上等於厚度dL1G。這是因為申請人已經發現了為記錄具有足夠調製的標記需要一個最小染料厚度。調製的定義是未記錄與已記錄標記的反射率值之差除以最大反射率值。在記錄過程中，由於溫度升高，記錄層(例如染料)的光學特性變化。只有染料折射率(Δndye)的變化乘以染料厚度(即Δndye×dL0L)足夠大，才可以獲得足夠的調製。如果dL1G的選擇使得記錄層L1中獲得DVD-ROM技術要求所需的至少60％的調製，則實驗表明只有dL0L至少等於或大於dL1G，才可以在記錄層L0中達到至少60％調製。通常，利用旋塗技術沉積記錄層(例如染料)，因此當使dL0G基本上等於dL1G時，dL0L將小於dL1G，這是因為L0的脊所具有的記錄層比L0的相鄰槽淺。當dL0L基本上等於或大於dL1G時，補償了這種效應，並且在L0記錄層中獲得了足夠的標記調製水平以及較高的最大反射水平。輻射束的波長λ基本上為655nm(DVD)或者更小(對於未來的格式)。
在實施例中，dL0G基本上等於或大於2dL1L。當利用深度約為L1引導槽深度的1/5的L0引導槽時，L0疊層獲得了較高的反射率值。在脊上記錄L0疊層(與槽內相反)，以便獲得適當的調製符號(高到低記錄)。這具有另一個優點，即推挽式引導槽跟蹤信號具有適當的符號(「脊上」)。參數L的定義為L＝(dG-dL)/G，其中式dG是槽中的記錄層厚度，dL是脊上的記錄層厚度，G是槽的深度。這個參數是在將記錄層沉積到槽結構上之後使其平整化的量度標準。通常，當具有較深的(100nm或更深)引導槽並且通過旋塗沉積記錄層時，典型的平整化約為0.2～0.5。L＝0表示dG＝dL，L＝1表示在染料沉積到引導槽結構上之後其上表面完全是平的。但是當利用較淺的L0引導槽時，可以採用L＝1的平整化因子或者與其接近的值。在這種情況下，當dL0G基本上等於或大於2dL1L時，獲得了較好的記錄結果。
在另一實施例中，可記錄型L0和L1記錄層包括有機染料。在優選實施例中，dL1G大於dL1L。當利用旋塗來沉積L1記錄層的染料時，該槽具有比相鄰脊更厚的記錄層。這有利於L1記錄層的記錄特性，這是因為在基於有機染料的記錄中，當染料體積限制在基底表面上出現的引導槽內時，記錄過程是最佳的，其中在染料中記錄數據，即標記。
在實施例中，介電層可以出現在L0記錄層中與存在第一反射層的一側相反的一側上。這樣的優點在於具有更好的調製。介電層的厚度優選為5nm-120nm。
在又一實施例中，包含金屬的第二反射層出現在L0記錄層與存在第一反射層的一側相反的一側上。優選的是，第二反射層的厚度為5nm-15nm。第二反射層優選主要包括從Ag、Au和Cu的組中選出的金屬。第二反射層的優點在於L0疊層的反射率更高。可能需要疊層設計的微小變化以達到良好的記錄性能。
在反向L0疊層中使用淺槽的其它優點在於在輻射束反射過程中更不易察覺引導槽的抖動。抖動用於調製引導槽中的其它信息，例如地址或時間信號。當例如使用深度GL0為160nm的引導槽時，在與抖動具有相同周期的信號中可以看到15％的變化。當槽深GL0為35nm時，這種變化基本不出現。
參照附圖更加詳細地闡述本發明，其中
圖1表示了反向L0DVD+R疊層的空白區域(鏡面)和槽區域的反射率。槽深為126nm。槽區域的反射率僅僅約為空白區域的反射率的15％，圖2表示了反向L0DVD+R疊層的空白區域(鏡面)和槽區域的反射率。槽深為35nm。槽區域的反射率約為空白區域的反射率的85％，圖3示意性地表示了根據本發明反向L0疊層實施例的橫截面圖，圖4a和4b表示了根據本發明的疊層設計模擬研究的計算結果，圖5a和5b表示了根據本發明的另一疊層設計模擬研究的計算結果，圖6表示了為參考盤計算的反射和調製，該基準盤為單層DVD+R。
在圖1中，表示了在使用槽深度GL0為126nm的基底時(不是根據本發明的)，對反向L0DVD+R疊層的實驗結果。槽區域的反射率約為空白區域(鏡面)的反射率的15％。這個值是不可接收的。
在圖2中，表示了對反向L0DVD+R疊層的實驗結果。使用了根據本發明的槽深度約為35nm的DVD+RW基底。槽區域的反射率約為空白區域的反射率的85％，其顯著地高於更深的槽的反射率。該盤仍然表現出足夠的推挽信號，因此可以進行跟蹤。實驗還表明可以寫入數據，儘管調製似乎較低(10％、11T載波噪聲比CNR～30dB)，但是了利用圖5和圖6的疊層設計，可以獲得高調製。
L0基底31a具有35nm的深槽，其FWHM寬度WL0為300nm、反射層39為100nm的Ag，和80nm的偶氮染料記錄層35以及保護層。能夠使用的典型染料是(酞)花青型、偶氮型、squarylium型、pyrromethene型或具有需要特性的其它有機染料材料。
在圖3中，表示了用於記錄的多疊層光學數據存儲介質30。在記錄過程中，聚焦輻射束，即655nm雷射束40入射通過介質30的入射表面41。該介質包括第一基底31a，在該基底一側上具有第一記錄疊層33(記作L0)，其包括可記錄型L0記錄層35，即偶氮染料。L0記錄層形成在位於第一基底31a中的第一L0引導槽38中，第一反射層39位於L0記錄層35與第一基底31a之間。第二基底31b在其一側上具有第二記錄疊層32(記作L1)，其包括可記錄偶氮染料型L1記錄層34。第二L1記錄疊層32的位置比L0記錄疊層33更接近入射表面，並且其形成在第二L1引導槽37中。透明隔離層36夾在記錄疊層32、33之間並且厚度約為40μm。第一L0引導槽38深度為35nm。具有L0的第一基底31a附著於具有L1的基底，二者之間具有透明隔離層36，其起到粘結層的作用。包括例如Cu或Ag的半透明反射層42鄰接L1記錄層34。被稱為疊層1和疊層2的特別適合的L0疊層設計方案將在本文獻其它位置參照圖5和圖6的說明進行討論。對於這兩種盤類型的優選隔離層厚度是40μm到70μm。一種特別的實施例是L1dL1G＝80nm，dL1L＝30nmm染料/12nm Ag/UV可固化樹脂(保護層)，L1引導槽深度為160nm；L0100nm(ZnS)80(SiO2)20/dL0L＝120nm，dL0G＝150nm染料/100nmAg，L0引導槽深度為30nm；並且隔離層厚度為50μm。L1的有效反射率約為19％，L0的有效反射率(通過L1測得的)約為19％。
可記錄雙疊層DVD盤的上部L1疊層應具有高透明度，以便對下部的L0疊層進行尋址。同時，L1優選應具有至少18％的反射率，以便達到雙層DVD-ROM的技術要求。此處提出的疊層不限於用於DVD+R-DL，並且也能夠用於任意(多疊層)的基於有機染料的光學記錄介質。
在圖4a和4b中，示出了具有以下設計的疊層的模擬結果疊層1-基底31a中的引導槽深30到40nm，-100nm的光學閉合Ag第一反射層39。也可以使用其它金屬，例如Au、Cu或Al，-偶氮染料層，脊上厚度為130nm，該染料對于波長為655nm的輻射束的折射率為2.24-0.02i，其對應於典型的DVD-R染料，-80到120nm(ZnS)80(SiO2)20，其它的n～2.1的電介質產生相同的結果。
對於淺槽的情況，這種設計方案將反向L0記錄疊層的高反射率和高調製相組合。應在(與槽內相反)脊上記錄該疊層，以便獲得適當的調製符號(高到低記錄)。這樣的另一個優點是推挽信號具有適當的符號(「脊上」)。早先描述了參數L的定義。
在圖4a中，表示了作為脊上染料厚度dL的函數的脊上反射率的計算結果。
在圖4b中，表示了作為槽脊上染料厚度dL的函數的脊上調製的計算結果。水平虛線表示了所需的最小水平。可以注意到，當染料厚度範圍約為100-130nm時達到該所需的水平。
利用這個疊層1獲得的實驗結果是75％的高調製和61％的高反射水平。調製通常定義為(Rmark-Rno-mark)/Rmax，其中式Rmark和Rno-mark分別是出現寫入標記和未出現標記時讀取雷射束的反射水平，Rmax是最大反射率。寫入L0層所需的雷射束功率僅為7mW，考慮到存在L1疊層，該功率值是有利的，這是因為L1疊層會吸收較大部分功率。
在圖5中所表示具有以下設計的疊層的模擬結果疊層2-基底31a中的引導槽深30到40nm，-100nm的光學閉合Ag反射層39。也可以使用其它金屬，例如Au、Cu或Al，-偶氮染料層，脊上厚度為100到130nm，該染料對于波長為655nm的輻射束的折射率為2.24-0.02i，其對應於典型的DVD-R染料，-5到15nm的Ag的第二反射層，也可以使用其它金屬，例如Au或Cu。
利用這個疊層2獲得的實驗結果是75％的高調製和64％的高反射水平。寫入L0層所需的雷射束功率僅為7mW，考慮到存在L1疊層，該功率值是有利的，這是因為L1疊層會吸收較大部分功率。
附圖中沒有表示的第三疊層設計也是可能的，描述如下疊層3-基底1a的引導槽深30到40nm，-100nm的光學閉合Ag反射層39。也可以使用其它金屬，例如Au、Cu或Al，-偶氮染料層35，脊上厚度為90到160nm，該染料對于波長為655nm的輻射束的折射率為2.24-0.02i，其對應於典型的DVD-R染料，-5到50nm的SiO2層，也可以使用其它電介質。
這種第三疊層設計方案的優點在於其與第二疊層設計方案相比更易於製造。
在圖6中，作為實例表示了常規單疊層DVD+R盤的結果。染料的折射率取2.24-0.02i(這對應於典型染料)。根據計算，染料厚度約為80到90nm時，槽上反射率曲線72和槽上調製曲線71都為最佳值。算得的反射率和調製程度與實驗獲得的值相當吻合。為了實現L0層良好的信號質量，試圖獲得結合高反射率與高調製(均＞60％)的疊層設計方案。結論是對於直接三層疊層設計，大多數情況下槽內記錄信號具有錯誤的極性(低到高記錄，未示出)。因此，對於淺槽的情況來講，可以考慮脊上記錄，或者更複雜的疊層設計方案。
根據本發明的圖4和圖5的疊層設計方案都具有較高的記錄標記調製值和有效L0疊層反射值，即達到了雙層DVD的技術要求。注意，此處提出的疊層對於較淺的槽(即大約35nm)是最佳的，但是其它槽的深度也是可以的，例如＜80nm。最佳槽的深度與輻射束波長λ成比例。
應當理解，上述實施例是說明而非限定本發明，並且本領域的技術人員能夠在不背離所附權利要求範圍的情況下設計出許多可選實施例。在權利要求書中，任何置於括號中的附圖標記不應構成對權利要求的限定。詞語「包含」不排除不同於權利要求中列出的元件或步驟的出現。元件前的詞語「一個」不排除多個這種元件的出現。基本情況是彼此不同的權利要求中引述的某種方法不表示這些方法的組合不能加以利用。
根據本發明，描述了一種多疊層光學數據存儲介質，其用於利用聚焦輻射束進行記錄，該輻射束波長為λ並且通過介質的入射表面入射。該介質具有第一基底，在該基底一側上具有第一記錄疊層L0，第一記錄疊層L0包括可記錄型L0記錄層並且形成在第一L0引導槽中。L0記錄層在槽中的厚度為dL0G，與槽相鄰的厚度為dL0L，並且在L0記錄層和第一基底之間存在第一反射層。第二基底，在其一側上具有第二記錄疊層，記作L1，包括可記錄型L1記錄層。L1記錄層在槽中的厚度為dL1G，與槽相鄰的厚度為dL1L。第二記錄疊層的位置比L0記錄疊層更接近入射表面，並且其形成在第二L1引導槽中。第一L0引導槽的深度小於0.15λ，且dL0L基本上等於或大於dL1G，由此實現了記錄標記的反射水平和調製水平與雙層DVD-ROM技術要求相兼容的L0疊層。
權利要求
1.一種利用聚焦輻射束進行記錄的多疊層光學數據存儲介質，該聚焦輻射束的波長為λ並且在記錄過程中通過該介質的入射面入射，包括-第一基底，在其一側上具有-第一記錄疊層，記作L0，其包括可記錄型L0記錄層並且形成在第一L0引導槽中，該L0記錄層在槽中的厚度為dL0G，與該槽相鄰的厚度為dL0L，第一反射層位於該L0記錄層與第一基底之間，-第二基底，在其一側上具有-第二記錄疊層，記作L1，其包括可記錄型L1記錄層，該L1記錄層在槽中的厚度為dL1G，與該槽相鄰的厚度為dL1L，所述第二記錄疊層的位置比L0記錄疊層更靠近入射面，並且形成在第二L1引導槽中，-夾在記錄疊層之間的透明隔離層，所述透明隔離層的厚度基本上大於聚焦輻射束的焦深，其特徵在於第一L0引導槽的深度小於0.15λ，且dL0L基本上等於或大於dL1G。
2.根據權利要求1所述的多疊層光學數據存儲介質，其中dL0G基本上等於或大於2dL1L。
3.根據權利要求1所述的多疊層光學數據存儲介質，其中可記錄型L0和L1記錄層包含有機染料。
4.根據權利要求3所述的多疊層光學數據存儲介質，其中dL1G大於dL1L。
5.根據權利要求4所述的多疊層光學數據存儲介質，其中在L0記錄層的與存在第一反射層的一側相反的一側上有介電層。
6.根據權利要求5所述的多疊層光學數據存儲介質，其中該介電層的厚度為5nm-120nm。
7.根據權利要求4所述的多疊層光學數據存儲介質，其中在L0記錄層的與存在第一反射層的一側相反的一側上有包含金屬的第二反射層。
8.根據權利要求7所述的多疊層光學數據存儲介質，其中該第二反射層的厚度為5nm-15nm。
9.根據權利要求7或8所述的多疊層光學數據存儲介質，其中第二反射層主要包括從包含Ag、Au和Cu的組中選出的金屬。
10.根據前面權利要求中任一項所述的光學數據存儲介質在多疊層記錄中的應用，其中第一記錄疊層L0的反射率水平大於50％，L0記錄層中記錄標記的調製大於60％。
全文摘要
描述了一種利用聚焦輻射束(40)進行記錄的多疊層光學數據存儲介質(30)，該聚焦輻射束的波長為λ並且通過該介質(30)的入射面(41)入射。該介質包括第一基底(31a)，在其一側上具有第一記錄疊層(33)，記作L
文檔編號G11B7/258GK1679096SQ03820610
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月14日 優先權日2002年8月29日
發明者R·J·A·范登奧特拉亞爾, H·C·F·馬坦斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司