CN1656543A

CN1656543A - 光学数据存储介质及其应用

Info

Publication number: CN1656543A
Application number: CNA038120178A
Authority: CN
Inventors: P·H·沃尔里; W·R·科佩斯; R·韦鲁特斯; B·尹; R·R·德伦坦
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: US7218603B2; CA2487278A1; TW200405321A; EP1512142A1; MXPA04011675A; WO2003100774A1; TWI296803B; AU2003230107A1; KR20050012252A; CN100498941C; US20060072430A1; JP2005527928A

Abstract

描述了一种用于可重写记录的多叠层光学数据存储介质(20)，所述可重写记录是使用入射面(25)的聚焦辐射束(30)进行的。所述介质(20)具有一个基板(1a，1b)和一个L₀记录叠层(2)及一个L₁记录叠层(3)，这两个记录叠层都包括相变型L₀和L₁记录层，并且这两个记录叠层借助一个透明间隔层(4)分隔开。所述L₀记录叠层(2)位于最接近所述入射面(25)的位置上，并且当所述相变层处于非晶相时，所述L₀记录叠层的光透射率为T_L0a，而当所述相变层处于晶相时，所述L₀记录叠层的光透射率为T_L0c。所述介质(20)还包括调制在下述至少其一中的预记录信息：基板(1a，1b)内模压制成的预制槽(21)、基板内模压制成的凹坑和记录层L₀和L₁ (6，11)中的至少一个上所记录的相变标记。所述预记录信息含有一个标志符，根据所述L₀叠层(2)的透射率值T_L0a和T_L0c，指示是否需要对L₀记录叠层(2)的L₀记录层进行格式化。通过这种方式，实现了这样的效果：即使当所述L₀记录层已经局部记录了信息时，所述介质(20)也具有优异的可播放性、可记录性和随机存取性能。

Description

光学数据存储介质及其应用

技术领域

本发明涉及一种多层光学数据存储介质，该介质用于可重写记录，所述可重写记录是使用在记录期间穿入介质入射面的聚焦辐射束进行的，所述介质包括：

-基板，在其一侧上有：

-L₀记录叠层，该L₀记录叠层包括一个相变型L₀记录层，所述第一记录叠层位于最接近所述入射面的位置上，并且当所述相变层处于非晶相时，所述第一记录叠层的光透射率为T_L0a，而当所述相变层处于晶相时，所述第一记录叠层的光透射率为T_L0c，

-L₁记录叠层，包括一个相变型L₁记录层，该L₁记录层位于离所述入射面比离L₀记录叠层远的位置上，

-透明间隔层，介于所述记录叠层之间，所述透明间隔层的厚度远大于所述聚焦激光束的焦深，

所述介质还包括预记录信息。

本发明还涉及这种介质的应用。

背景技术

从美国专利US5726969中，我们可以了解到本文起始段落中提到那种类型的光学存储介质的一种实施例。用于音频、视频和数据应用的可重写光学存储正在迅速扩大市场。对于可重写数字通用盘(DVD+RW)而言，存储容量是4.7G比特。这是视频记录的极限存储量。通过MPEG2压缩能够记录1小时的高质量数字视频和2小时的标准质量数字视频。我们期望更长的记录时间。一种选择是使用具有多信息层的光盘(见附图1)。只读DVD(DVD-ROM)已经采用了这样的盘。在所述已公开专利申请中提出了DVD可重写双记录叠层盘。L₀叠层(即，最接近激光器的叠层)具有大约50％的透射率。这些叠层由典型厚度介于30和60μm之间的间隔层分隔开。L₁叠层(离激光源最远的叠层)具有高反射能力并且需要非常敏感。这两个叠层的有效反射一般为7％，也有可能为更高和更低的值，例如3％-18％。

所述叠层的记录层是相变型的。基于相变原理的光学数据存储介质是很具有吸引力的，因为它将直接改写(DOW)及高存储密度和与只读光学数据存储系统的易兼容性的可能性结合了起来。此处，数据存储包括数字视频、数字音频和软件数据存储。相变光学记录涉及使用经过聚焦的功率较高的辐射束，例如，聚焦激光束在晶体记录层中形成超微米大小的非晶记录标记。在信息记录期间，介质相对于聚焦激光束移动，聚焦激光束依据所要记录的信息进行调制。当高功率激光束熔化了晶体记录层时就形成了标记。当切断激光束和/或接着相对于记录层进行移动时，在记录层中进行对熔化标记的冷却，在记录层的照射区域中留下了一个非晶信息标记，而在未照射区域中仍然为晶体。已写入非晶标记的擦除是通过再结晶实现的，这种再结晶是通过使用功率电平较低的同一激光进行加热，而并不熔化记录层而实现的。非晶标记代表数据位，这种数据位可以例如由较低功率的聚焦激光束从基板上读取。非晶标记相对于晶体记录层的反射差异促成了经调制的激光束，这一激光束随后由检测器转换为随所记录的信息变化的调制光电流。

多叠层可重写盘的一个重要问题是随机存取。当第一次对盘进行记录时，最接近激光器的入射面的L₀叠层的L₀记录层经历局部写入。由于写入和未写入部分的透射率是不同的，因此L₁记录层的读取和写入可能会受到影响(见附图2)。我们特别关心的是对数据信号、跟踪和调焦信号的影响。我们知道，光盘驱动器能够应付透射率相对较小的差异，例如，手指印、灰尘等造成的差异。但是当透射率差异超过某一个值时，盘的可播放性就会大大降低。在严重的情况下，盘就会再也无法使用。有两种可行的解决方案。按照第一种方案，在对L₁记录层进行记录之前，对L₀记录层进行预格式化或者完全写入。该方法不是希望的方法，因为对用户来说要花费很多时间，并且对于需要随机存取的系统而言也是不理想的。如果可能的话应当尽量避免这种方法。第二种方案是对光学数据存储介质进行优化，使得写入和未写入部分之间的透射率差异非常小(小于1％)。这称为平衡透射，K Narumi(ISOM 2001)已经报告这种平衡透射对于405nm的辐射束波长具有良好的效果。对于650nm左右的波长，很难实现平衡透射。这种介质方法的缺点是限制了相变材料的可选范围。这可能会对高速记录造成妨碍。在650nm左右的波长下，适用于高速记录的材料的光学特性使得对于实际的叠层设计而言不能实现平衡透射。

可重写双记录叠层盘很有希望推向市场。目前，在DVD论坛中正在讨论使用双叠层盘来实现高清晰度电视记录。在不久的将来，L₀层的写入和未写入部分之间有相当大透射率差异的盘很有可能得到利用。有一个问题是，在局部写入的L₀记录层中会出现相当大的透射率差异，这会降低盘的可播放性、可记录性和/或随机存取的可选择性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种本文起始段落中提到的那种光学数据存储介质，此种介质即使在L₀记录层已经局部记录了用户数据时也具有优异的可播放性、可记录性和随机存取性能。

这一目的是通过按照本发明的光学数据存储介质实现的，本发明的光学数据存储介质的特征在于，所述预记录信息包含一个标志符，该标志符根据所述L₀叠层的透射率值T_L0a和T_L0c指示是否需要对L₀记录叠层的L₀记录层进行预格式化。

我们发现，当L₀记录叠层的用户数据写入部分和未写入部分的光透射率处于某一界限之内时，不需要进行预格式化。一般来说，当用户数据的写入部分和未写入部分之间的透射率差过大时，在记录用户数据之间进行预格式化是消除这一差异的唯一选择。在后一情况下，例如，如果不进行预格式化，则会对伺服信号造成过大的干扰，所述伺服信号用于对介质的记录层的其它部分进行成功且随机的读取和记录。为了在是/否进行预格式化的选择之间进行抉择，预记录的双叠层盘应当含有根据所述的透射率差异是否需要对L₀记录层进行预格式化的信息。这样，在用户数据记录之前进行的L₀记录层的预格式化就成为了一个可选项，其必要性由例如制造商预记录在该介质中。所述预记录信息是调制在下述至少其一中的：基板内模压制成的预制槽、基板内模压制成的凹坑和记录层L₀和L₁中的至少一个上所记录的相变标记。这一选项是利用例如可用预制槽地址写入(ADIP)字，或者在使用另一种盘格式(例如，DVD-RW)的情况下，利用其它以物理方式存在于盘上的预记录信息(例如，模压制成的凹坑)作为预记录信息中的附加标志符(例如一位或多位的标志符)添加的。ADIP是将数据调制在光数据存储介质的预制槽或导轨中的方法。这种调制是通过使预制槽摆动而实现的。所述信息还可以预记录在介质的记录层中，例如记录在相变记录层中，最好记录在不干扰或不易干扰最终用户的数据记录的区域中，例如盘标识区或导入/导出区中。附加标志符的优点是，它保持了使用具有较大透射率差异的各种材料的可能。在可行的时候，介质的L₀记录层最好是(局部)在对记录层L₁进行记录之前得以预格式化或记录的。

在一种优选实施例中，0.40＜T_L0a＜0.60且0.40＜T_L0c＜0.60。当L₀记录叠层的写入和未写入部分的透射率处于这些界限之内时，不需要进行预格式化。在透射率的这一范围内，可播放性、可记录性和随机存取仍然是可以接受的。模拟和测量表明，在跟踪和其它相关信号发生恶化之前，晶相和非晶相变化叠层的透射率可以在40％和60％之间变化。这使得可以使用各种相变材料来制作L₀层。

当L₀叠层中有一个半透明金属反射层，其厚度小于15nm时，是非常有益的。在这一厚度下，金属仍然具有足够的光透明度，这种光透明度是必要的，因为聚焦辐射束必须也到达L₁层。当金属层主要包括Ag和Cu之一时是很有利的。这两种金属具有额外的优点，在相对较低的厚度下，它们具有相对较大的热传导能力，这一点对于光透射而言是很有利的。

在另一种实施例中，所述L₀和L₁叠层各自具有基本相等的有效光反射率数值R_L0和R_L1。这样的优点是：当通过聚焦辐射束读取信息时，调制信号能够得到很好的平衡。在实践中，R_L0和R_L1具有介于0.03到0.18之间的值，典型地均为0.07。所述记录层包括从Ge、In、Sb和Te元素组中选出的至少三种元素。这些材料的合金也表现出了适合于需要高速记录的高速率的性能。高速记录反过来要求相变材料具有较短的完全结晶化时间(CET)。

在一种特殊的实施例中，存在一个附加记录叠层L2，该附加记录叠层由一个透明间隔层与L₁叠层分隔开，该透明间隔层的厚度大于聚焦激光束的焦深。在这种情况下，存在三个记录叠层，这样将数据容量在原有的基础上提高了接近50％。

附图说明

下面将参照附图更加详细地对按照本发明的光学数据存储介质的实施例和测量结果进行说明，其中

附图1表示按照本发明包括L₀和L₁叠层的光学数据存储介质的一种实施例的示意性截面图。其中各尺寸不是按比例画出的；

附图2表示附图1中的介质在L₀记录层已经进行了局部写入的情况下的示意性截面图；

附图3更加详细地表示按照本发明的光学数据存储介质的实施例的L₀和L₁叠层的叠层设计；

附图4a、4b和4c表示当对L₁层进行读取时，从光盘驱动器中取得的HF信号，其中a)L₀是空的，b)L₀是完全写入的，c)L₀是局部写入的；

附图5表示分别从DL盘的L₀和L₁记录层中读取到的数据的眼图；

附图6表示在对L₁层进行写入之前或之后对L₀层进行写入的情况下，从盘的L₁记录层上读取的数据的平均抖动(％)；

附图7表示在局部写入了L₀记录层的情况下，L₁记录层的开环推挽跟踪信号；

附图8表示多层盘的L₁ ROM层的低频滤波中央孔径(CA)信号和3光点推挽信号。已对L₀记录层进行了局部写入(半轨道段)；

附图9表示，尤其表示，双层RW/ROM盘的L₁层的块误码率(BLER)数据；

附图10表示当对L₀层进行了局部写入时，在双叠层盘的L₁记录层的不同轨道位置上读取的数据的平均抖动J_avg(％)和调制系数M(注意，L₁是在局部写入了L₀之后写入的)。

具体实施方式

附图1、2和3中，示出了一种用于可重写记录的多叠层光学数据存储介质20的示意性截面图，其中所述可重写记录是使用在记录期间穿入介质20的入射面25的聚焦辐射束30进行的。介质20包括基板1a、1b，在其一侧上有一个L₀记录叠层2，该L₀记录叠层包括一个相变型L₀记录层。该L₀记录叠层2位于最接近入射面25的位置上，并且当该相变层6处于非晶相时，其光透射率为T_L0a，当该相变层6处于晶相时，其光透射率为T_L0c，具有相变型L₁记录层11的L₁记录叠层3处于比L₀记录叠层2距离入射面25远的位置上。透明间隔层4位于这两个记录叠层之间并且厚度为52μm，这个厚度大于聚焦激光束30的焦深。该透明间隔层4由本领域公知的UV光固化树脂制成，并且可以通过旋涂或借助压敏粘接剂(PSA)敷上一个透明塑料薄层。介质20包含借助预制槽地址写入(ADIP)调制在基板内的模压制成的预制槽21中的预记录信息。所述调制是通过使预制槽21摆动实现的，这是一种公知技术。预记录信息包含标识符，该标识符根据L₀记录叠层2的透射率T_L0a和T_L0c指示是否需要对L₀记录叠层2的L₀记录层6进行格式化。

附图2中示出了L₀记录叠层2，该L₀记录叠层2已经局部记录或写入了数据2’，同时聚焦激光束30聚焦在L₁记录叠层3上。

附图3中示出了双叠层DVD+RW盘的两个部分，包括具有L₀叠层(称为L₀)、间隔层的半透明部分和具有L₁叠层的部分(称为L₁)的部分。L₀部分包括聚碳酸脂(PC)基板1b，该基板1b厚度为0.58mm并且带有DVD+RW预制槽结构(此图中未示出)，该预制槽深度为大约30nm，并且使用了ADIP信息。位于基板1b上的L₀叠层包括第一电介质(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀层5、一个6nm厚的相变层(包括从元素Ge、In、Sb和Te的组中选出的至少三种元素)、一个第二(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀层7、一个3nmSi₃N₄覆盖层7’、一个10nm厚的薄半透明金属合金散热和反射层8(主要包括Ag)、一个第二氮化硅覆盖层9’和第三(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀层9。所有的层都是通过溅射沉积的。L₀叠层是所谓的IPII’MI’I叠层，其中符号I表示电介质层，I’是覆盖层，P是相变记录层，而M是金属层。在L₁部分的基板1a上，通过溅射沉积出了一个厚金属反射和散热层13(50nm厚的Al合金)、一个第一(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀层12、一个12nm相变层11和一个第二(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀层10。L₁叠层是一个IPIM叠层，其中I、P和M的含义与前面所述的相同。在L₀和L₁记录层6和11的初始化之后，即，结晶化之后，L₁部分和L₀部分通过一个将它们分隔开的透明间隔层4粘接到一起，该透明间隔层的厚度介于25-60μm之间，这里为52μm。L₀和L₁叠层2和3是分别设计的，从而使得它们具有有效光学反射率值R_L0和R_L1，这两个值基本相等且均为7％。未记录晶体L₀记录叠层2的透射率T_L0c是40％，而已记录(非晶)L₀叠层2的透射率T_L0a是52％。记录部分的有效透射率接近43％，即，面积的1/4是标记。这样，设L₀叠层2的写入区域的透射率等于(3T_L0c+T_L0a)/4。另一个记录叠层L2(未示出)，可以位于借助厚度充分大于聚焦激光束的焦深的透明间隔层与L₁叠层分隔开的位置上。在这种情况下，必须要对L₀和L₁叠层的透射率高低进行调整，以便平衡L₀、L₁和L2叠层形成的有效反射率数值。

附图4中给出了三种情况下从双叠层盘上读出的L₁记录层6的HF读取信号。在4a中，给出了L₀未写入情况下的轨迹，4b中给出了L₀写入的情况下的轨迹，4c中给出了L₀层局部写入(即，70个预制槽轨道中有写入/未写入的轨道)的情况下的轨迹。可以很清楚地看出L₀层中的写入轨道对HF信号的一些影响。附图5中以眼图形式给出了针对L₀和L₁记录层的记录结果。

在附图6中，L₁记录层6的直接改写(10 DOW周期)平均抖动J_avg为大约11％，这由曲线61到64表示。也可以实现低于9％的L₁记录层的J_avg水平，附图10中示出了这种情况。L₀记录层的抖动为9％左右。L₁记录层2的平均抖动值受L₀记录层2的状态的轻微影响。给出了两个实验结果。在第一个实验中，首先对L₁记录层进行写入，然后再写入L₀记录层，通过这种方式研究读取效果，因为L₁写入总是同样地与L₀图样无关。曲线61代表L₀写入之前抖动数据的线性拟合，而曲线62代表在L₀写入之后的抖动数据线性拟合。在第二个实验中，首先对L₀进行写入，然后对L₁进行写入，通过这种方式模拟了局部写入L₀盘对写入和读取的影响。曲线63代表L₀写入之前抖动数据的线性拟合，而曲线64代表在L₀写入之后的抖动数据线性拟合。附图10中也使用了后一种方法(首先写入L₀)。

附图7表示在局部写入L₀记录层的情况下L₁记录层的开环推挽跟踪信号。该开环信号是激光未跟踪在预制槽上时的跟踪信号，即，未启用跟踪伺服时。在该信号中看不到明显的干扰。

附图8中示出了归一化推挽和中央孔径(CA)信号82和81没有遭到严重恶化。为了测试局部写入L₀记录层对L₁层的误码率数据率的影响，制作了一个具有只读ROM L₁层的双层盘。该ROM盘的数据由视频流(ECC校正数据)构成。该ROM盘的反射与前面介绍的L₁层是同等的。在L₀中对一段半轨道进行了写入作为测试图案，在这种情况下，仅仅记录了几个相邻轨道的整圈的180度部分。这可以看作比特误差最坏情况下的图案。示出了聚焦激光束跨越L₀写入/未写入过渡段的情况下的ROM层的3光点推挽信号82。归一化信号受到了轻微的影响，但没有观察到明显的偏移。跟踪没有出现问题，但是要注意到，由于将ROM盘用作L₁盘，推挽信号82比较小。块误码率(BLER)很低，有的块都可以得到修正，并且即使在这种最坏的情况的条件下，也没有观察到局部写入L₀记录层的影响，附图9中的曲线91示出了这种情况。附图9中的其它测得参数此时不认为相关。

通过推挽信号的模拟研究了局部写入L₀记录层6的影响。表1中给出了计算结果，该计算结果为透射率T_L0a和T_L0c的函数。聚焦激光束30的位置是这样的：光束的一半通过写入区。再次将写入区的透射率设为等于(3T_c+T_a)/4。可以清楚地看出，对于0.40＜T_L0a＜0.60且0.40＜T_L0c＜0.60而言，推挽信号中的偏移很小(＜2nm)，并且远远小于所允许的16nm，这个16nm是依据DVD+RW格式技术规格手册第1.1版的最大允许值。

因此，这两个模拟和实验结果表明，对于0.40到0.60的透射率值T_L0a和T_L0c的实际范围而言，在L₀记录层6上写入信息对跟踪和读取系统的影响基本上是不存在的。

T_L0c	0.4	0.5	0.6
T_L0c	0.4	0.5	0.6	T_L0a
0.4	0.0nm	0.78nm	1.33nm	T_L0a
0.4	0.0nm	0.78nm	1.33nm	0.5	-0.93nm	0.0nm	0.65nm
0.6	-1.8nm	-0.75nm	0.0nm	0.5	-0.93nm	0.0nm	0.65nm

表1：针对写入和空轨道的变化透射率差异计算出来的推挽偏移(单位为nm)。聚焦激光束的位置为：光束30的一半穿过写入区。

附图10中示出了当透过局部写入L₀记录层6对L₁记录层11进行写入时，未写入或写入L₀记录层6对DVD+RW双叠层盘的L₁记录层的平均抖动J_avg的影响。在L₀记录层已经被写入的位置上，J_avg减小大约0.5％。沿着盘J_avg的变化为大约0.5％。写入在L₀记录层中的图案由与100个空(未写入)轨道交替的5乘100个轨道的EFM+、500个轨道的L₀EFM数据(如通过附图8介绍的那样写入半圆形图案)、100个空轨道和1000个EFM+L₀的轨道构成。在调制系数(M)曲线102中，可以清楚地看出这个图案。在L₀记录层受到了写入的区域中，J_avg减小，这是因为L₀叠层的透射率相对较高，即，高大约10％。这导致了L₁记录层中的激光记录功率增大，这反过来造成调制系数增大而J_avg降低，这在曲线101中可以清楚地看出。

应当注意，上述的实施例和实验数据是用于说明而非限定本发明，并且本领域的技术人员能够设计出很多可供选择的不同的实施方案，而不会超出所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号中的任何附图标记皆不应理解为是对权利要求的限定。词“包括”并不排除存在权利要求中未列出的元件或步骤的情况。置于元件之前的词“一个”或“一”并不排除存在多个此种元件的情况。在相互不同的从属权利要求中引用的特定手段这一事实并不代表不能在有利的情况下组合使用这些手段。

按照本发明，介绍了一种用于可重写记录的多叠层光学数据存储介质，所述可重写记录是使用穿入入射面的聚焦辐射束进行的。所述介质具有一个基板和一个L₀记录叠层及一个L₁记录叠层，这两个记录叠层包括一个相变型L₀和L₁记录层，并且这两个记录叠层借助一个透明间隔层分隔开。所述L₀记录叠层位于最接近所述入射面的位置上，并且当所述相变层处于非晶相时，所述第一记录叠层的光透射率为T_L0a，而当所述相变层处于晶相时，所述第一记录叠层的光透射率为T_L0c。所述介质还包括调制在下述至少其一中的预记录信息：基板内模压制成的预制槽、基板内模压制成的凹坑和记录层L₀和L₁中的至少一个上所记录的相变标记。所述预记录信息含有一个标志符，该标志符根据所述L₀叠层的透射率值T_L0a和T_L0c指示是否需要对L₀记录叠层的L₀记录层进行格式化。通过这种方式，实现了这样的效果：即使当所述L₀记录层已经局部记录了信息时，所述介质也具有优异的可播放性、可记录性和随机存取性能。

Claims

1.一种用于可重写记录的多叠层光学数据存储介质，所述可重写记录是使用在记录期间穿入介质入射面的聚焦辐射束进行的，所述介质包括：

-基板，在其一侧上有：

-透明间隔层，介于所述记录叠层之间，所述透明间隔层的厚度基本大于所述聚焦激光束的焦深，

所述介质还包括预记录信息，其特征在于，所述预记录信息包含一个标志符，该标志符根据所述L₀叠层的透射率值T_L0a和T_L0c指示是否需要对L₀记录叠层的L₀记录层进行格式化。

2.按照权利要求1所述的光学数据存储介质，其中所述预记录信息是调制在下述至少其一中的：基板内模压制成的预制槽、基板内模压制成的凹坑和记录层L₀和L₁中的至少一个上所记录的相变标记。

3.按照权利要求1或2所述的光学数据记录介质，其中0.40＜T_L0a＜0.60且0.40＜T_L0c＜0.60。

4.按照权利要求1-3中任何一项所述的光学数据记录介质，其中在L₀叠层中有一个半透明金属反射层，其厚度小于15nm。

5.按照权利要求4所述的光学数据记录介质，其中所述金属主要包括元素Ag和Cu之一。

6.按照权利要求1-5中任何一项所述的光学数据记录介质，其中所述L₀和L₁叠层各自具有基本相等的有效光反射率数值R_L0和R_L1。

7.按照权利要求6所述的光学数据存储介质，其中R_L0和R_L1具有介于0.03和0.18之间的值。

8.按照权利要求1所述的光学数据存储介质，其中所述记录层包括从Ge、In、Sb和Te元素组中选出的至少三种元素。

9.按照前述任何一项权利要求所述的光学数据存储介质，其中存在一个附加记录叠层L2，该附加记录叠层由一个透明间隔层与L₁叠层分隔开，该透明间隔层的厚度大于聚焦激光束的焦深。

10.按照权利要求1-9中任何一项所述的光学数据存储介质在多叠层和随机存取可重写数据记录方面的应用。