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発明の名称 光学的情報記録部材
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−105569
公開日 平成7年(1995)4月21日
出願番号 特願平5−252855
出願日 平成5年(1993)10月8日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 西内 健一 / 大野 鋭二 / 山田 昇 / 赤平 信夫
要約 目的
ガイド溝のランド部とグルーブの双方において同等の品質をもつ再生信号を得る。

構成
基板表面に設けたガイド溝のグルーブ部の幅Gwsを、光学変化を生じる記録層と基板の間に設けた誘電体層の膜厚に応じて、ランド部の巾Lwsよりも大きくする。以上の構成とすることで、基板上に形成する薄膜により生じる記録薄膜層のランド巾の減少を抑制することが可能となる。この結果、ランド部から得られる再生信号とグルーブ部から得られる再生信号の信号品質を同等とすることが可能となる。
特許請求の範囲
【請求項1】スパイラル状あるいは直線状のガイド溝を表面に備えた基板上に光の照射によって光学的に検知し得る変化を生じる積層記録薄膜層を備えた記録部材であって、前記積層記録薄膜層は少なくとも2層以上の薄膜層から構成され、前記基板に接する薄膜層は、光学的に透明な誘電体層であり、前記誘電体層に接して光学的な性質の変化する記録層から構成され、前記ガイド溝に準じて形成される前記記録層の凹部平面および凸部平面の双方が情報記録領域であり、前記ガイド溝の凹部の溝巾が凸部の溝巾よりも大きいことを特徴とする光学的情報記録部材。
【請求項2】ガイド溝のピッチをp、誘電体層の膜厚をt、とした場合に、前記ガイド溝の凹部の巾Wの値が、p/2 > W > p/2+2×tの関係にあることを特徴とする請求項1記載の光学的情報記録部材。
【請求項3】スパイラル状あるいは直線状のガイド溝を表面に備えた基板上に光の照射によって光学的に検知し得る変化を生じる積層記録薄膜層を備えた記録部材であって、前記積層記録薄膜層は、少なくとも2層以上の薄膜層から構成され、前記基板に接する薄膜層は、光学的に透明な誘電体層であり、前記誘電体層に接して光学的な性質が変化する記録層から構成され、前記ガイド溝に準じて形成される前記記録層の凹部平面および凸部平面の双方が情報記録領域であり、かつ前記凹部と凸部の溝巾が略等しい構成とすることを特徴とする光学的情報記録部材。
【請求項4】光の照射によって光学的に検知し得る変化を生じる積層記録薄膜層を形成するためにスパイラル状あるいは直線状のガイド溝を表面に備えた基板であって、前記積層記録薄膜層は、少なくとも2層以上の薄膜層から構成され、前記基板に接する薄膜層は、光学的に透明な誘電体層であり、前記誘電体層に接して光学的な性質の変化する記録層から構成され、前記ガイド溝に準じて形成される前記記録層の凹部平面および凸部平面の双方が情報記録領域であり、前記ガイド溝の凹部の溝巾が凸部の溝巾よりも大きいことを特徴とする光学的情報記録部材用基板。
【請求項5】誘電体層の膜厚をt、ガイド溝のピッチをPとした場合に、前記ガイド溝の凹部の巾Wの値が、P/2 > W > P/2 + 2×tの関係にあることを特徴とする請求項4記載の光学的情報記録部材用基板。
【請求項6】スパイラル状あるいは直線状のガイド溝を表面に備えた基板上に光の照射によって光学的に検知し得る変化を生じる積層記録薄膜層を備えた記録部材であって、前記積層記録薄膜層の形成されたガイド溝の凹部、凸部の双方が情報記録可能であり、前記積層記録薄膜層は、少なくとも2層以上の薄膜層から構成され、前記基板に接する薄膜層は、光学的に透明な誘電体層であり、前記誘電体層に接して光学的な性質が変化する記録層から構成され、前記ガイド溝の凹部の溝巾が凸部の溝巾よりも大きく、かつ前記録部材上に凹部に集光した光ビームを照射する事により得られる光量変化と、前記記録部材に凸部に光照射した場合に得られる光量変化が同等となるような溝巾を備えていることを特徴とする光学的情報記録部材。
【請求項7】積層記録薄膜層が基板に接した光学的に透明な誘電体層、記録層と第2の誘電体層を設けた少なくとも3層からなることを特徴とする請求項1、3または6記載の光学的情報記録部材。
【請求項8】積層記録薄膜層を構成する記録層が光の照射条件により状態変化を生じ、かつ前記状態変化により前記記録薄膜層の複素反射率が変化することを特徴とする請求項1、3または6記載の光学的情報記録部材。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ビームを用いて情報を記録、再生することが可能な光学的情報記録部材に関し、中でもガイド溝の凹部と凸部に信号を記録する記録部材およびその記録再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、光記録部材として実用化されているものには、光ディスクあるいは光カードがあり、これらは光ビームを微小に絞り込むことにより薄膜上に情報を記録、あるいは記録された信号を再生することができる。この中で記録可能な光ディスクは、表面に凹凸からなるガイド溝をスパイラル状あるいは同心円状に備えた円形基板の上に記録薄膜を形成し、その溝に沿ってレーザビームを走行させることにより、情報の記録あるいは再生を行う。
【0003】光学的に情報を蓄積できる記録薄膜には、種々記録方式が提案されている。代表的な記録薄膜としては、光を吸収することにより薄膜が変形する変形記録、薄膜の状態が変化する相変化記録、あるいは記録層が2つの薄膜を積層した構造からなり光照射により相互に拡散する相変化記録もある。また、一旦記録した信号を書換えることが可能な記録媒体としては、記録薄膜の磁化方向の差をカー効果を利用して信号を再生する光磁気記録、あるいは前述の物質の状態変化が可逆性を持つ相変化記録などがある。
【0004】これら光記録媒体は、半導体メモリ、フロッピーディスク、磁気ディスクなどの情報記録媒体に比べ、情報記録容量が大きいという特徴がある。今後は、さらに記録密度を高めることにより、より多くの用途に利用しようとする取り組みがなされている。その中の1つの記録密度を高める方法として、トラッキング用に用いているガイド溝の凹部凸部のいずれかに記録する従来の光ディスクに対し、ランドとグルーブの双方に記録することが提案されている。例えば特公昭63ー57859号公報においては、ガイド溝と案内溝の巾を略等しくすることにより双方に信号を記録することが提案されている。
【0005】また、ランドとグルーブの双方に信号を記録した際のクロストークを低減する方法として、例えば「”High track density magneto−optical recording using a crosstalk canceler”SPIE Vol.1316 Optical Data Storage(1990)P.35」では、光ディスク再生装置に特別な光学系とクロストークキャンセル回路を設ける方法が提案されている。これらの方式によると、従来の記録方式に比べ、約2倍のトラック密度を実現することが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記ランドとグルーブの双方に信号を記録する方式では、ランドとグルーブそれぞれに記録した場合の信号品質が同等であることが再生装置等を複雑化させないという点からも望ましい。このため、ガイド溝による光の回折効果が双方で同等になるように、基板の表面はグルーブとランドの幅が同等になる形状とし、その基板上に薄膜を形成することにより信号記録が行われていた。
【0007】しかしながら、溝幅が同等である基板上に記録薄膜を形成した光ディスクに、信号の記録を行うとランドとグルーブの振幅が異なる場合があるという問題が生じた。例えば信号再生において、グルーブからの再生信号のエラーは非常に少ないが、ランド部のエラーが大きいという現象が生じた。またその傾向は、記録薄膜構成によっても大きく変わった。
【0008】上記問題点に鑑み本発明の目的は、ランドとグルーブの双方に信号を記録する媒体に対し、双方の記録部から同等の品質もつ信号を再生可能な光記録部材を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために本発明の光学的情報記録部材は、スパイラル状あるいは直線状のガイド溝を表面に備えた基板上に光の照射によって光学的に検知し得る変化を生じる記録薄膜層を備えた記録部材であって、前記積層記録薄膜層は少なくとも2層以上の薄膜層から構成され、前記基板に接する薄膜層は、光学的に透明な誘電体層であり、前記誘電体層に接して光学的な性質の変化する記録層から構成され、前記ガイド溝に準じて形成される前記記録層の凹部平面および凸部平面の双方が情報記録領域であり、前記ガイド溝の凹部の溝巾が凸部の溝巾よりも大きい構成とする。
【0010】
【作用】本発明は上記した構成によって、記録マークを形成する層である記録薄膜層のランド部とグルーブ部の幅を同等とすることが可能となり、得られる記録マークの大きさが同等となり、従って再生信号品質を同等とすることが可能となる。
【0011】
【実施例】以下本発明の一実施例の光学的情報記録再生方法および装置について、図面を参照しながら説明する。
【0012】図1は本発明の光学的情報記録部材の断面形状を示す。情報記録を行う積層記録薄膜層1は、トラッキング用のガイド溝を備えた基板2上に、光学的に透明な第1の誘電体層3、記録層4、第2の誘電体層5、反射層6の4層から構成する。また、必要に応じて保護板7を設ける場合もある。ガイド溝の表面が凹部平面をグルーブ部8、凸部平面をランド部9と呼ぶ。また、ガイド溝のトラックの垂直方向でのグルーブ幅Gwsをランド幅Lwsよりも大きく設定する。後で詳述するがこの結果、ランド部及びグルーブ部のいずれの領域に記録した信号からも同等の信号振幅を得ることが可能となる。
【0013】基板を形成する材料としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)等の樹脂材料およびガラス等、光学的に透明な材料が適用できる。ここでは基板2に、ポリカーボネートを用いた例で説明する。基板は、Arレーザ光源を用いた露光装置を用いたマスタリング工程により原盤を作成し、射出成形により上記構成の基板を形成する。基板の表面は、従来例で示した光の照射により薄膜の光学特性の変化する記録方式、例えば変形記録、相変化記録、光磁気記録、フォトンモード記録等に対応する薄膜層を設ける。ここでは、薄膜の状態変化を利用して情報信号を記録し、状態変化にともなう光学定数の変化を、照射した光の反射率変化として検出することで信号再生する相変化薄膜を記録層として設けた例を中心に説明する。
【0014】なお、ガイド溝の深さdは、再生に用いる光ビーム10の波長をλとした場合にトラッキング信号が最大となるようにλ/8の光路長の深さとするのが一般的である。ランドとグルーブの双方に信号を記録する場合は、双方に記録した記録マークから再生信号に、隣接するトラックに形成された記録マークの変化が影響(クロストークとも呼ぶ)が最小になるような値に設定することが望ましい。しかしながら、相変化光ディスクのように未記録部と記録部からの反射光量に大きな差がある場合は、このクロストークの量が溝深さにより変化し、λ/8とλ/4の中間のλ/5近傍で、記録信号が大きくかつクロストーク量が小さくなる傾向が見られた。しかしながら、溝深さがλ/8からλ/4に近づくにしたがって、光ディスク装置に用いるサーボ信号が小さくなることから、装置設計の許容する範囲も考慮した上で適切な溝深さが決定される。
【0015】ここで、本発明に到った基板の表面形状と、基板上に設けた積層記録薄膜層の断面形状を観察した結果について説明する。はじめに、従来から提案されているグルーブ部とランド部の幅を同等値に設定した基板を用いた場合の再生信号、および溝形状を測定した結果について説明する。具体的な形状を積層記録薄膜層を含めて図2に示す。基板2の表面に、トラックピッチpは1.6μm、グルーブ幅Gws2=0.8μm、ランド幅Lws2=0.8μm、深さd=80nmのガイド溝を備えたものを用いた。なおグルーブ巾、ランド巾は共に、図に示すようにガイド溝の斜面の中心間の距離とした。積層記録薄膜層1を構成する各層は、スパッタリング法により成膜した。第1の誘電体層3はZnS−SiO2からなる薄膜を110nm、記録層4としてGe−Sb−Te系の記録材料を25nm、第2の誘電体層5としてZnS−SiO2を18nm、反射層6としてAl合金を150nmから構成した光ディスクを、それぞれの組成に対応した材料ターゲットを備えたスパッタリング装置により各層を成膜した。なお、第1の誘電体層の厚さをt1とする。
【0016】このディスクを、線速度2.6m/sで回転させながら、波長780nmの半導体レーザと、開口数0.55の対物レンズを用いた光学ヘッドにより記録再生実験を行い、グルーブ部およびランド部からの再生信号を比較した。なお信号の記録は、相変化光ディスクで用いられている3値のパワー変調方式を用い、対物レンズから出射する光のピークパワーを10mW、バイアスパワーを4mWとし、ディスク上に形成される記録マークのピッチが1.8μmとなるような周波数で変調した光を照射した。再生時のパワーは1mWとした。ここに示したピークパワーおよびバイアスパワーの値は、上記記録媒体の対し充分な信号記録が行われるように予めパワー依存性を測定し、10%のパワー変動に対し、振幅差が5%以内の値を選択した。ランドとグルーブ双方に記録した信号からの再生信号を測定した結果、ランド部の振幅がグルーブ部の振幅に対し20%大きな値となっていた。基板の形状がランドとグルーブで対称であるのにもかかわらず振幅差を生じるという結果となった。
【0017】次に、記録媒体の形状の詳細を知るために、透過電子顕微鏡によりガイド溝を含めた記録部材の断面を観測した。この結果は図2に示すように積層記録薄膜層1が、基板の表面の形状に比べ、各層を成膜して行くに従って、基板表面の凹凸の幅が変化していることが分かった。即ち、スパッタリングのような真空中での薄膜成形法により成膜する層は、基板に向かって垂直方向だけに堆積されるのではなく、ガイド溝の斜面部にも同程度の割合で形成される。従って、基板2の表面のガイド溝のエッジ位置に比べ、薄膜を積層していくと徐々に斜面の位置が変化し、例えば記録層4のグルーブ部巾Gwr2は、基板の巾Gws2よりも大きくなっている。
【0018】このため本発明においては、上記構成の積層記録薄膜層1全体から得られる再生信号の振幅を、ランドとグルーブで同じにするためには、記録層4におけるランド巾Lwrとグルーブ巾Gwrを同等にすることを試みた。即ち図1に示すように、薄膜を形成したことによるグルーブ幅の減少を含めた基板の設計を行う。即ち、図2で示した記録層のグルーブ巾とランド巾の差をΔWr2とすると、ΔWr2=Lwr2−Gwr2に相当する巾だけグルーブ部の溝巾を広く設定することで、記録層の双方の溝巾を同じにすることが可能となる。
【0019】具体的には図2に示した基板においては、当初基板のランド巾Lwsとグルーブ巾がGwsが0.8μmであったのに対し、記録層のランド巾Lwrは0.92μm、グルーブ巾は0.68μmであった。この結果、前記ΔWr2は0.24μmでありランド部の片側の斜面が誘電体層3を110nm形成する間に0.12μmランド巾が狭くなったことになる。この場合は、図1に示すように、予め基板のランド巾Lwsを0.68μm、グルーブ巾Gwsを0.92μmとすることで記録層の双方の溝巾を同じ値の0.8μmとすることが可能となる。これを検証するため、上記値の基板を形成し信号の記録実験を行った。得られた基板のグルーブ巾が0.9μmであったが、前述と同様の仮定で信号記録を行った結果、ランド部とグルーブ部の信号振幅差は5%以内と信号再生の上では、問題とならない値となった。以上の結果から、本発明による基板のガイド溝の巾を変化させ、記録層のランド部とグルーブ部の巾を同等とすることで、記録部材の双方の領域から得られる信号振幅を同等とすることが可能となった。
【0020】なお上記の記録媒体はトラックピッチ1.6μmの場合であり、0.12μmの溝巾により、振幅差が20%程度であったが、さらにトラックピッチが小さい、例えば1.4μmにおいてはさらに振幅差が増大し、本発明による溝巾補正による信号振幅の調整効果が大きくなる。それと共に溝巾の補正精度を高める必要も生じる。
【0021】これまでは、1つのディスク構造を例にとって説明したが、本発明の基板の溝巾の変化によるランドとグルーブの振幅補正効果を、第1の誘電体層の厚さt1に対する基板のグルーブ幅Gwsと記録薄膜層4のグルーブ幅Gwrの差の関係を示したのが図3である。ここに示した成膜法により形成した場合は、第2の誘電体層の厚さと記録薄膜層の幅の変化ΔWrがほぼ比例関係にあることが分かる。この場合は第1の誘電体層の厚さがに応じて、ΔWrを推定することにより所定の溝条件を得ることができる。
【0022】また、ここに示した関係は、同一の成膜方法において成立し、スパッタリングの際の真空度、パワーなどのスパッタリングの条件、あるいは成膜法を真空蒸着法、あるいはイオンビーム法するとこのカーブの傾きが変化する。これらの成膜法により、同様のカーブの傾き、即ち誘電体層の厚さをt1とした場合のΔWr/t1は、少なくとも第1の誘電体層の厚さの0.4倍〜1.8倍の範囲となった。一般的に、成膜の際の基板に到達する薄膜のエネルギーレベルが高いほどこのカーブの傾きが小さくなる。
【0023】このように成膜法が特定されない場合、あるいは断面構造が観察しにくい薄膜の場合は、予め基板のグルーブ幅を上記の設計する誘電体層の膜厚に応じて、変化させた基板を設けるとよい。ここでガイド溝のピッチをp、誘電体層の膜厚をt1とした場合に、前記ガイド溝の凹部の巾グルーブ幅Gwsの値が、 p/2 >Gws>p/2+2×t1 (式1)
の範囲にある基板を準備するとよい。また、上記の結果から得られている誘電体層の厚さの30%〜90%の関係を適応するとGwsは、 p/2+0.4×d>Gws>p/2+1.8×t1 (式2)
の範囲であってもよい。この基板上に積層記録薄膜を成膜し、次に示す工程で最適な溝幅を得ることができる。1)光記録装置を用いて記録媒体に対し、充分な記録状態を得るパワーで信号を、ランドとグルーブの双方に記録する。2)双方に記録した信号の振幅を比較する。以上の結果から信号振幅が同等となる溝幅を特定することができる。
【0024】光記録媒体の構成として、これまで述べてきた基板側から光ビーム10を入射するのでなく図4に示すように基板12の反対側から入射して信号を記録再生する場合もある。この場合は図のように積層記録薄膜層1を逆の層から形成し、基板12上に反射層6、第2の誘電体層5、記録層4、第1の誘電体層3の順に形成する。これに適用する基板12の形状は、これまで述べてきた第2の誘電体の厚さt1にの代わりに記録層の基板側に形成された層の厚さt3を代入することにより基板11のグルーブ幅を設定することにより、ランド部とグルーブからの信号振幅を同等とすることができる。
【0025】また本実施例は、積層記録薄膜層が4層の場合で示したが、本発明による効果は、少なくとも基板上に光学的に透明な誘電体層を設けた構成であれば全てに適用することができる。例えば基板上に誘電体層と記録層を設けた2層構造、基板上に誘電体層、記録層、誘電体層を設けた3層構造に適応できる。さらに基板上に第1の誘電体層、第1の記録層と第2の誘電体を交互に複数層形成した構造であってもよい。
【0026】これまで記録媒体としては相変化媒体を中心に説明してきたが、光磁気記録媒体あるいはフォトンモード記録媒体など同様に基板上に誘電体層あるいは反射層を設けた後に記録層を積層した構造をとる記録媒体であれば本発明を同様に適用することが可能である。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明は、ガイド溝に接した誘電体層の厚さに応じて、ガイド溝の巾を調整することにより、ランド部とグルーブに於て恒等の信号振幅を示す記録媒体を得ることが可能となる。この結果、ランド・グルーブ記録を適用することによりトラック密度を高い記録媒体を得ることが可能となる。




 

 


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