增加光碟片記錄密度的方法
2023-04-27 20:47:41 2
專利名稱：增加光碟片記錄密度的方法
發明的領域本發明提供一種增加光碟片記錄密度的方法及其結構，尤指一種藉由縮小雷射束照射於光碟片數據記錄區表面所形成的雷射光點的尺寸來增加光碟片的記錄密度的方法及其結構。
背景說明隨著多媒體(multimedia)應用信息的普及，許多數據都含有大量的文字、聲音及影像，因此對數據儲存媒體的發展均系集中在提高儲存密度及存取速度。由於光碟(compact disk)具有儲存密度高、體積小、儲存期限長、成本低廉、高兼容性以及錯誤率低等優點，因此已成為目前可攜式光信息儲存主要的記錄媒體。
請參考
圖1，圖1為一現有光碟10的剖面示意圖。光碟10包括一基板12，一下介電層14設於基板12的上，一記錄層16設於下介電層14的上，一反射層18設於記錄層16的上，以及一上介電層20設於反射層18的上。光碟10是利用由一光學讀寫頭21發出的雷射束穿過下介電層16而照射於記錄層18上，來將一數據記錄至記錄層16中，或讀取記錄層16所儲存的數據。
由於光碟的記錄密度主要是決定於雷射束照射於光碟表面的雷射光點的尺寸，而光學讀寫頭所發出的雷射束於光碟表面可形成的最小雷射點則又受限於雷射束的繞射極限。此外，雷射束的繞射極限與雷射束的波長(λ)、光學讀寫頭的物鏡(objective lens)的數值口徑(numeric aperture，NA)的關為0.6λ/NA，因此目前提高光碟片記錄密度的方法大多是利用降低雷射束的波長或提高物鏡的數值口徑來達成。然而目前短波長半導體雷射技術尚未成熟，而製作大數值口徑的物鏡的解決方式，不但困難度較高而且價格亦非常地昂貴，使得光碟的記錄密度仍受到雷射束的繞射極限的限制。
發明概述本發明的主要目的在提供一種增加光碟片記錄密度的方法及其結構，以解決上述現有技術的問題。
本發明提供一種增加光碟片記錄密度的方法及結構。該方法是先於一包括一數據記錄區的基板上進行一薄膜成長製造工藝，以於該數據記錄區上形成一遮蔽薄膜層。該光碟系利用由一光學讀寫頭髮出的雷射束穿過該遮蔽薄膜層而照射至該數據記錄區，來將一數據記錄至該數據記錄區上或讀取該數據記錄區上的數據。當該雷射束照射於該遮蔽薄膜層上時，該遮蔽薄膜層的一預定區域會由固態轉變至熔融態，而當該雷射束離開該預定區域的後，該預定區域會由熔融態轉變回固態。由於遮蔽薄膜層處於熔融態時對雷射束的透射係數小於處於固態時，因此僅有一部分的雷射束穿過該遮蔽薄膜層而照射於該數據記錄區上，使得照射於該數據記錄區上的雷射光點的尺寸小於雷射束照射於光碟表面所形成的雷射光點的尺寸。本發明可以在不變更光學讀寫頭的結構下，縮小該光碟的記錄尺寸，進而提高該光碟的記錄密度與容量。
本發明是在該光碟片的數據記錄區上形成該遮蔽薄膜層以增加該光碟片的記錄密度。當光學讀寫頭髮出雷射束來記錄或讀取信號時，雷射束將先通過該遮蔽薄膜層再聚焦到該數據記錄區上。由於該遮蔽薄膜層會遮蔽一部分的雷射束，使得照射到該數據記錄區上的雷射光點的尺寸小於雷射束照射於光碟表面所形成的雷射光點的尺寸，因此本發明可以突破雷射束的繞射極限的限制，並且在不變更光學讀寫頭的結構下，形成一具有更小口徑的雷射束，使得該光碟的記錄尺寸得以縮小，進而提高該光碟的記錄密度與容量。
附圖的簡單說明圖1為現有光碟的剖面示意圖。
圖2至圖6為本發明應用於一空氣面入射可擦拭型光碟的示意圖。
圖7為本發明應用於一空氣面入射寫一次型光碟的示意圖。
圖8與圖9為本發明應用於一空氣面入射只讀型光碟的示意圖。
圖10與圖11為本發明應用於一基板入射寫一次型光碟的示意圖。
圖12為本發明應用於一基板入射可擦拭型光碟的示意圖。
附圖的符號說明10 光碟 12 基板14 下介電層 16 記錄層18 反射層20 上介電層21 光學讀寫頭30 光碟32 基板 34 開口36 軌道 38 黏合層39 反射層40 下介電層42 記錄層43 上介電層44 遮蔽薄膜層46 保護層49，50，51，52，54 電射光點55 光學讀寫頭60 光碟61 光學讀寫頭62 基板64 黏合層66 反射層68 記錄層70 遮蔽薄膜層72 保護層74，76 遮蔽薄膜層80 光碟 81 光學讀寫頭82 基板 84 開口88 孔洞 89 黏合層90 反射層92 遮蔽薄膜層94 保護層95，96 雷射光點130 光碟 132 基板134 開口 136 軌道138 遮蔽薄膜層 140 記錄層142 反射層 144 保護層146 光學讀寫頭 147，148 雷射光點150 光碟 152 基板158 遮蔽薄膜層 160 下介電層
162 記錄層 164 上介電層166 反射層 168 保護層170，172 雷射光點175 光學讀寫頭髮明的詳細說明請參考圖2至圖6，圖2至圖6為本發明應用於一空氣面入射可擦拭型光碟30的示意圖。如圖2所示，圖2為一用來製作光碟30的基板32的俯視圖。基板32包括一開口34設於基板32的中心，以及一螺旋狀的預設軌道(pre-groove)36設於基板32上。如圖3所示，首先依序於基板32上形成一黏合層38，於黏合層38上形成一反射層39，於反射層39上形成一下介電層40，於下介電層40上形成一記錄層42，以及於記錄層42上形成一上介電層43。其中基板32表面上另可包括一微刮痕(micro-scratch)結構，用來增加黏合層38於基板32表面的附著力。
由於一個良好的黏合層38必須具有足夠的黏合度以避免黏合層38自基板32上剝落，因此在本發明的優選實施例中，可用來形成黏合層40的材料包括氮化矽(silicon nitride，SiNx)、氧化矽(silicon oxide，SiOx)、硫化鋅-二氧化矽(ZnS-SiO2)、氧化鈦(Titanium oxide，TiOx)或碳化物(carbide)。而反射層39是用來反射讀寫數據的雷射束，因此反射層39是以具有高反射率的鋁(aluminum，Al)、銅(copper，Cu)、銀(silver，Ag)、金(gold，Au)或鉑(platinum，Pt)金屬或上述金屬中的一種以上的合金材料、或其氮化物所構成。
記錄層42是由一相變材料或一磁光材料(magneto-optical materials)所構成。其中相變化材料是由一包括碲(tellurium，Te)、鍺(germanium，Ge)、銻(stibium，Sb)合金系列、銦(indium，In)、銀、碲、鍺、銻合金系列，或是上述數種金屬合金的氧化物或氮化物所構成。而磁光材料則為一包括鐵(iron，Fe)、鈷(cobalt，Co)、碲合金系列或鉑、鈷合金系列的材料所構成。而由於上介電層43與下介電層40是用來控制記錄層42的冷卻特性，因此一般包括氮化矽、氧化矽、硫化鋅-二氧化矽、氧化鈦或碳化物。
如圖4所示，本發明是先進行一物理沉積製造工藝，於上介電層43上形成一遮蔽薄膜層44，接著在遮蔽薄膜層44上形成一保護層46。遮蔽薄膜層44是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金或是銀、碲、鍺、銻、鍺、IIB、IIIB族的其中數種金屬所形成的合金材料所構成。而用來形成遮蔽薄膜層44的方法可為一物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)製造工藝或濺射(sputtering deposition)製造工藝。請參考圖5與圖6，圖5為一光學讀寫頭55的雷射束照射於光碟30的剖視圖，圖6為光學讀寫頭55的雷射束照射於光碟30上的俯視圖。如圖5所示，光碟30是利用光學讀寫頭55發射的雷射束穿過遮蔽薄膜層44照射於記錄層42上，來將一數據記錄至記錄層42中，或讀取記錄層42的數據。
當光學讀寫頭55讀取數據時，雷射束是照射在以一預定的速率旋轉的光碟30上。因此隨著光碟30不停地旋轉，雷射束照射於光碟30的位置亦將不停地變換。如圖6所示，在t0，t1和t2三個時間點，雷射光點在光碟30上的位置分別為49，50和51。當雷射光點移動到50的位置時，受雷射光點照射區域的遮蔽薄膜層44會因雷射光點照射的時間不同，而有不同的溫度，即靠近位置49的區域比靠近位置51的區域受到雷射光點較長時間的照射，因此在位置50的區域中遮蔽薄膜層44系呈現溫度分布不均的情形。部分位於位置50內的遮蔽薄膜層44(雷射光點50內非斜線的區域)會由穩定固態暫時轉換到熔融態，而遮蔽薄膜層44的其餘部分(位置50內斜線的區域)則因受到雷射束照射時間不足而處於固態(位置50內斜線的區域)。此外，隨著光碟30不停地旋轉，當雷射束的位置由49轉換到雷射光點50時，在位置49內且未受到雷射光點照射的遮蔽薄膜層44將由熔融態逐漸轉換成固態。
由於遮蔽薄膜層44是由碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列或是銀、碲、鍺、銻、鍺、IIB、IIIB族的其中數種金屬所形成的合金材料所構成，而這些合金材料從固態轉換成熔融態時，會釋放出潛熱(latent heat)，因此其由固態轉換成熔融態為一非線性(non-linear)變化過程。而且不論是碲、鍺、銻合金或銦、銀、銻、碲合金材料，處於固態時對雷射束的透射係數皆大於處於熔融態時，因此僅有照射於斜線區的雷射束會穿透遮蔽薄膜層44及上介電層43而照射於記錄層42，使得照射於記錄層42上的雷射光點52的尺寸小於雷射束照射於遮蔽薄膜層44表面所形成的雷射光點54的尺寸。也就是說，遮蔽薄膜層44可以縮小由光學讀寫頭55發出的雷射束的口徑。由於本發明經由遮蔽薄膜層44縮小讀寫數據的雷射束的口徑，因此光碟30的記錄尺寸可以縮小，以增加記錄密度與容量。
請參考圖7，圖7為本發明應用於一空氣面入射寫一次型光碟60的示意圖。本發明首先於一用以製作光碟60的基板62上形成一黏合層64，以增加後續形成於黏合層64上的薄膜與基板62的黏合力。接著再於黏合層64上形成一反射層66，以反射讀寫數據的雷射束。然後於反射層66上形成一記錄層68用來儲存數據。隨後於記錄層68上形成一遮蔽薄膜層70，並於遮蔽薄膜層70上形成一保護層72，用來避免光碟60受到光學讀寫頭61的碰撞而損壞。其中用以製作光碟60的基板62具有與基板32(如圖2所示)相同的結構。
記錄層68是由一有機染料高分子或一相變材料所構成。其中相變材料是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列的材料所構成。遮蔽薄膜層70是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列的材料所構成，或是上述數種金屬合金的氧化物或氮化物。由於遮蔽薄膜層70處於固態時對由光學讀寫頭61發出的雷射束的透射係數皆大於處於熔融態時，因此照射於遮蔽薄膜層70上的雷射束僅有一部分會穿透遮蔽薄膜層70而照射於記錄層68，使得照射到記錄層68的雷射光點76的尺寸小於照射於遮蔽薄膜層70上的雷射光點74的尺寸。由於本發明經由遮蔽薄膜層70縮小讀寫數據的雷射束的口徑，因此光碟60的記錄尺寸可以縮小，以增加記錄密度與容量。
請參考圖8與圖9，圖8與圖9為本發明應用於一空氣面入射只讀型光碟80的示意圖。如圖8所示，圖8為一用來製作光碟80的基板82的俯視圖。基板82包括一開口84設於基板82的中心，以及多個預設於基板82上且成螺旋狀環繞的孔洞(pre-pit)88。其中孔洞88代表著光碟80所儲存的數字型數據。如圖9所示，圖9為光碟80的局部剖面圖。首先於基板82上形成一黏合層89，以增加後續形成於黏合層89上的薄膜層與基板82的黏合力。接著再於黏合層89上形成一反射層90，以反射由一光學讀寫頭81發出用來讀寫數據的雷射束。然後進行一物理沉積製造工藝，於反射層90表面形成一遮蔽薄膜層92。最後在遮蔽薄膜層92上形成一保護層94，以避免光碟80受到讀取數據的光學讀寫頭81的碰撞而損壞。
遮蔽薄膜層92是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列的材料所構成。由於遮蔽薄膜層92處於固態時對雷射束的透射係數皆大於處於熔融態時，因此照射於遮蔽薄膜層92上的雷射束僅有一部分會穿透遮蔽薄膜層92而照射於基板82上的孔洞88，使得照射到孔洞88的雷射光點95的尺寸小於照射於遮蔽薄膜層92上的雷射光點96的尺寸。由於本發明經由遮蔽薄膜層92縮小讀寫數據的雷射束的口徑，因此光碟80的記錄尺寸可以縮小，以增加記錄密度與容量。
請參考圖10與圖11，圖10與圖11為本發明應用於一基板入射寫一次型光碟130的示意圖。如圖10所示，圖10為一用來製作光碟130的基板132的俯視圖。基板132包括一開口134設於基板132的中心，以及一螺旋狀的預設軌道136設於基板132上。如圖11所示，圖11為光碟130的局部剖面圖。本發明首先進行一物理沉積製造工藝，於基板132上形成一遮蔽薄膜層138。接著再於遮蔽薄膜層138上形成一記錄層140用來儲存數據。然後於記錄層140上形成一反射層142，以反射由一光學讀寫頭146發出用來讀寫數據的雷射束。最後於反射層142上形成一保護層144。
遮蔽薄膜層138是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列或是銀、碲、鍺、銻、鍺、IIB、IIIB族的其中數種金屬所形成的合金材料所構成。由於遮蔽薄膜層138處於固態時對讀取數據的雷射束的透射係數大於處於熔融態時，因此照射於遮蔽薄膜層138上的雷射束僅有一部分會穿透遮蔽薄膜層138而照射於記錄層140，使得照射到記錄層140的雷射光點147的尺寸小於照射於遮蔽薄膜層140上的雷射光點148的尺寸。由於本發明經由遮蔽薄膜層138縮小讀寫數據的雷射束的口徑，因此光碟130的記錄尺寸可以縮小，以增加記錄密度與容量。
請參考圖12，圖12為本發明應用於一基板面入射可擦拭型光碟150的示意圖。本發明首先進行一物理沉積製造工藝，於一用以製作光碟150的基板152上形成一遮蔽薄膜層158。然後依序於遮蔽薄膜層158上形成一下介電層160，於下介電層160上形成一記錄層162，於記錄層162上形成一上介電層164，於上介電層164上形成一反射層166，以及於反射層166上形成一保護層168。其中用以製作光碟150的基板152具有與基板132(如圖10所示)相同的結構。而記錄層則是由一相變材料或一磁光材料所構成。
遮蔽薄膜層158是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列或是銀、碲、鍺、銻、鍺、IIB、IIIB族的其中數種金屬所形成的合金材料所構成。由於遮蔽薄膜層158處於固態時對雷射束的透射係數大於處於熔融態時，因此照射於遮蔽薄膜層158上的雷射束僅有一部分會穿透遮蔽薄膜層158而照射於記錄層162，使得照射到記錄層162的雷射光點172的尺寸小於照射於遮蔽薄膜層158上的雷射光點170的尺寸。由於本發明經由遮蔽薄膜層158縮小讀寫數據的雷射束的口徑，因此光碟160的記錄尺寸可以縮小，以增加記錄密度與容量。
相比於現有技術，本發明是在光碟的數據記錄區上形成一遮蔽薄膜層，當雷射束在記錄或讀取光碟所儲存的數據時，雷射束將先通過遮蔽薄膜層再聚焦到該數據記錄區上。由於該遮蔽薄膜層會遮蔽一部分的雷射束，使得照射到該數據記錄區上的雷射光點的尺寸小於照射至該遮蔽薄膜層上的雷射光點的尺寸，因此本發明可以產生一具有更小口徑的雷射束，並可在不變更光學讀寫頭的結構下，縮小該光碟的記錄尺寸，以增加該光碟的記錄密度與容量。
以上所述僅本發明的優選實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種增加光碟片記錄密度的方法，該方法包括下列步驟提供一基板；於該基板上形成一遮蔽薄膜層，該遮蔽薄膜層的穩定態為一第一狀態；以及於該遮蔽薄膜層上形成一數據記錄區；其中該光碟是利用一雷射束穿過該遮蔽薄膜層照射至該數據記錄區上，來將一數據記錄至該數據記錄區或讀取該數據記錄區的數據，當該雷射束照射於該遮蔽薄膜層上時，該遮蔽薄膜層的一預定區域會由該第一狀態暫時轉變至一第二狀態，使穿透該遮蔽薄膜層而照射到該數據記錄區上的雷射光點小於照射至該遮蔽薄膜層上的雷射光點，以增加該光碟的記錄及讀取密度，而當該雷射束離開該預定區域的後，該預定區域會由該第二狀態轉變回該第一狀態。
2.如權利要求1所述的方法，其中該第一狀態為固態，而該第二狀態為熔融態，且該第一狀態轉換到該第二狀態為一非線性變化的過程。
3.如權利要求1所述的方法，其中該第一狀態的透射係數大於該第二狀態的透射係數，使得穿透該遮蔽薄膜層而照射到該數據記錄區上的雷射光點的尺寸小於照射至該遮蔽薄膜層上的雷射光點，進而縮小該光碟片的記錄尺寸。
4.如權利要求1所述的方法，其中該遮蔽薄膜層是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列或是銀、碲、鍺、銻、鍺、IIB、IIIB族的其中數種金屬所形成的合金的材料所構成。
5.如權利要求1所述的方法，其中形成該數據記錄區的方法包括下列步驟於該遮蔽薄膜層上形成一記錄層；以及於該記錄層上形成一反射層。
6.如權利要求5所述的方法，其中該反射層是由鋁、銅、銀、金或鉑金屬或包括上述金屬中的一種以上的合金材料或其氮化物所構成。
7.如權利要求5所述的方法，其中該記錄層是由一包括碲、鍺、銻合金系列或銦、銀、銻、碲合金系列或是上述數種金屬合金的氧化物或氮化物的相變化材料所構成。
8.如權利要求1所述的方法，其中形成該數據記錄區的方法包括列步驟於該遮蔽薄膜層上形成一第一介電層；於該第一介電層上形成一記錄層；於該第記錄層上形成一第二介電層；以及於該第二介電層上形成一反射層。
9.如權利要求8所述的方法，其中該記錄層是由一包括鐵、鋱、鏑、鉍、鈷合金系列或鉑、鈷合金系列的磁光材料所構成。
10.如權利要求8所述的方法，其中該第一介電層以及該第二介電層是由氮化矽、氧化矽、硫化鋅-二氧化矽、氧化鈦或碳化物所構成。
全文摘要
一種增加光碟片記錄密度的方法及其結構。本發明是先於一光碟基板上形成一遮蔽薄膜層，使得雷射束穿過該遮蔽薄膜層照射至該光碟基板讀寫數據時，該遮蔽薄膜層的一預定區域會由固態轉變成熔融態，而當該雷射束離開該預定區域後，該預定區域會再由熔融態轉變回固態。本發明即利用該處於熔融態的遮蔽薄膜層對雷射束的透射係數(transmittance)較小的現象，使得照射於該光碟基板的雷射光點(laser spot)的尺寸小於雷射束照射於該遮蔽薄膜層表面所形成的雷射光點的尺寸。因此本發明可在不變更光學讀寫頭的結構下，形成一更小口徑的雷射束，使得該光碟片的記錄尺寸得以縮小，增加該光碟片的記錄密度與容量。
文檔編號G11B7/24GK1444209SQ0210716
公開日2003年9月24日 申請日期2002年3月12日 優先權日2002年3月12日
發明者劉家瑞 申請人:達信科技股份有限公司