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CN1623198A - 槽上记录类型的光盘 - Google Patents

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CN1623198A
CN1623198A CN02828609.XA CN02828609A CN1623198A CN 1623198 A CN1623198 A CN 1623198A CN 02828609 A CN02828609 A CN 02828609A CN 1623198 A CN1623198 A CN 1623198A
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CN
China
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layer
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property altering
altering layer
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樋口隆信
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Original Assignee
Pioneer Corp
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Abstract

使盘的树脂衬底的硬度大于盘的覆盖层的硬度，从而在信息记录期间由于有机染料的热量和膨胀而产生的压力朝着覆盖层扩散。激光束穿过覆盖层。只有当记录信息时，才应当建立覆盖层和衬底之间的硬度关系。这样可避免在信息记录期间的反射层变形和交叉写入。因此，这种盘可以记录更细微的信息。或者，可以将盘设计成，使得从有机染料层朝着保护层传导的热量大于从有机染料层朝着反射层传导的热量。该有机染料层夹在保护层和反射层之间。

Description

槽上记录类型的光盘
发明领域
本发明涉及一次写入类型的光盘。
技术背景
通常，例如CD-R(可记录的)和DVD-R这些常规的一次写入光盘具有以下结构。在透明的树脂衬底的一个表面上具有许多导向槽。在该表面上，通过旋涂方法涂上一层有机染料。然后，在该有机染料层上形成由例如金，银(或银合金)，铝(或铝合金)等制成的金属反射层。最后，在该金属反射层上涂上一层保护层，例如，该保护层是经紫外射线固化(curing)的树脂(称为“覆盖层”)。为了在这样的常规光盘(即常规的信息记录介质)上记录信息，在该衬底一侧照射用于信息记录的激光束。该激光束可将有机染料分解，从而使折射率改变。该激光束产生的热量还使导向槽和反射层变形。结果，在光盘上形成许多坑，作为被记录的信息。
最近已研制出新一代的可记录光盘系统(称为“DVR”或“DVR-blue”系统)。对于该DVR(数字视频记录器)系统，使用紫色激光作为光源，用于信息记录和取回，并使用一个具有很高数值孔径的物镜，该数值孔径例如为0.85以上。DVR的覆盖层厚度约为0.1mm，激光束照射在覆盖层一侧。这样可以在使用具有较高数值孔径的物镜时抑制光学象差的影响。这样可以增加记录密度，从而能够在光盘上记录大量的信息。
使用该DVR系统的一次写入光盘被称为“DVR-R盘”。该DVR-R盘的激光束辐射方向不同于例如CD-R盘和DVD-R盘等常规的一次写入光盘。因此，在DVR-R盘的树脂衬底上形成的多个层的堆积方向与CD-R和DVD-R的方向相反。这被称为“逆向堆叠(reverse stack)”结构。此外，DVR-R盘需要一层绝缘保护层以便在覆盖层形成期间保护该有机染料层与未固化(non-cured)的紫外线固化树脂隔离。紫外线固化的树脂用于形成覆盖层。因此，DVR-R盘的结构和制造方法不同于常规的光盘。
通过上述说明可知，应当使用特殊适用于DVR-R盘的材料和结构来制造DVR-R盘。
本发明的目的是提供一种DVR-R盘，它具有更小的记录标志(标记)，从而可实现大容量的记录。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种光盘，包括：在其表面上具有许多槽的树脂衬底；在树脂衬底表面上形成的反射层，以使该反射层具有与槽相对应的形状；在反射层上形成的特性可变层，该特性可变层的光学特性会在光束照射时改变；在光学特性可变层上形成的透光保护层；在该保护层上形成的透光覆盖层，用于对树脂衬底密封反射层，光学特性可变层和保护层，其中，至少在光束照射槽间的光学特性可变层的凸起部分时，当光学特性可变层的光学特性改变后，树脂衬底的硬度大于覆盖层的硬度。
当光束照射光学特性可变层时，光学特性可变层发生变形。当光学特性可变层发生变形时，由于衬底比保护层更硬，因此衬底的变形比保护层小。因此有可能将更精细的信息记录在光盘上，从而实现高密度的槽间记录类型的光盘。
在光束照射到该凸起部分时，槽之间的光特性可变层的凸起部分产生热量。可以将光盘设计成以下方式，使得从光特性可变层朝着保护层传导的热量大于朝着反射层传导的热量。
附图简述
图1A示出了盘的示意性整体视图；
图1B示出了图1A所示的盘在沿盘半径方向的横截面图；
图1C示出了图1B所示的有机染料层和相邻层的放大的截面图；
图2A示出了DVR-R盘的截面图，表示当记录信息时DVR-R盘中各个层的变形；
图2B与图2A相似，示出了当记录信息时另一DVR-R盘中各个层的变形；
图3A示出了DVR-R盘的截面图，表示当记录信息时出现交叉写入(crosswrite)的情况；以及
图3B示出了能够避免交叉写入的另一DVR-R盘的截面图。
发明详述
下面将参照图1A到1C来说明根据本发明第一实施例的DVR-R盘。
光盘8包括树脂衬底10，该树脂衬底10由聚碳酸酯和聚烯烃等大分子材料制成。在衬底10的记录表面形成许多槽12。这些槽可定义槽之间的信息轨道。
在该实施例中，槽12抖动(wobble)，以便定义记录在盘上的数据地址(或提供地址信息)。具体地说，通过抖动而在槽12之间形成突起(即，台16)，并在台16上形成的记录层上记录信息。这种记录方式被称为“槽上(on-groove)记录”或“槽间(inter-groove)记录”。
由图1C可看出，在衬底10的槽表面上形成有反射层13。反射层13的材料是，例如铝，铝合金，银或银合金，可以将反射层13制作的很薄且具有高反射率。
在反射层13上涂上有机染料层14。有机层14是通过例如用有机染料进行旋涂而制成的。由于本实施例使用的是槽上记录方案，因此有机染料层14在槽12之间的台上16必须具有足够的厚度，如图1C所示。
通常，当通过旋涂方式将有机染料涂在有槽的表面上时，如图1C所示，在槽中的有机染料层厚度和台16上的有机染料层厚度之比大约在2∶1和3∶2之间。若有机染料层必须具有30nm的厚度以保证足够记录信息，则台16上的有机染料层厚度为30nm，而槽中的有机染料层厚度约为45-60nm。若槽的深度为40nm，则衬底的槽完全被有机染料填满。并且，由于槽中的有机染料层比槽突出5-20nm，因此槽中的有机染料层通过这5-20nm的厚度与相邻的台16上的有机染料层相连。
在有机染料层14上形成有保护层15。保护层15可保护有机染料层14与覆盖层11的紫外线固化树脂相隔离。保护层15由诸如SiOx和AlOx等金属氧化物或者诸如SiNx和A1Nx等金属氮化物制成，因为保护层15应当保护有机染料层，并且应当是高度透明的。
在保护层15上形成有覆盖层11。覆盖层11是由高分子树脂，例如聚碳酸酯制成的。覆盖层11是透明的，因为用于信息记录的激光束需穿过覆盖层11。
若衬底10加上反射层13的硬度表示为Ha，覆盖层11加上保护层15的硬度表示为Hb，则本实施例可建立以下关系式：
Ha＞Hb
上述的“硬度”是指硬度压痕。例如，该“硬度”是布氏硬度(JIS-Z2243)，维氏硬度(JIS-Z2244)，洛氏硬度(JIS-Z2245)，或铅笔硬度(JIS-Z5400)，或它们的组合。下面将要描述，通过光盘的夹层中的压痕来表示变形，该变形是由于在激光束的照射下光盘的其他层所夹住的有机染料层的膨胀而引起的。
应当注意，光盘层的“硬度”的条件方程并不局限于本实施例的上述方程。下面将说明一个例子。有机染料层的折射率随着温度而变化，而温度会随着用于信息记录的激光束的照射而升高。在有机染料层的折射率变化之前(即，当有机染料层的温度低于特定温度T时，该特定温度，例如染料的高温分解温度，染料的熔化温度和染料的升华温度，会引起有机染料层中显著的非线性体积膨胀)，此实施例可以建立以下方程：
Ha≤Hb
当折射率改变，即，当有机染料层的温度超过了温度T时，可以建立以下关系：
Ha＞Hb
在压痕硬度测试中，可以忽略测试材料的表面层(从表面到几十nm)。因此在该实施例中，可以忽略衬底10上形成的反射层13(厚度约20nm)和覆盖层11上形成的保护层15(厚度约50nm)。因此，可以假设硬度Ha表示衬底自身的硬度，硬度Hb表示覆盖层自身的硬度。
现在，将描述本实施例的DVR-R盘的制造过程。应当注意本发明并不局限于下面所述的特定的步骤，材料，尺寸，比率和数值。
首先，通过电子束记录器和电子抗蚀剂(electron resist)制备一个主盘，该主盘的槽与衬底上将要形成的槽相同。然后通过电铸由该主盘制作出镍模(nickel stamper)。
随后，通过注模成型由该镍模形成树脂衬底10。该树脂衬底10的材料为聚碳酸酯。衬底10的直径约为120mm，厚度约1.1mm，槽深约40nm，轨道间距约320nm，台宽度约130nm。台的宽度等于相邻槽12之间的间隔。槽12的侧壁的倾斜度约为90度。
在衬底10的槽12上形成有反射层13。反射层13由Al-Ti合金(Al∶Ti＝99∶1)制成。通过溅射法制成厚度约为20nm的反射层13。
然后，通过旋涂方法将有机染料涂到反射层13上，使得获得的有机染料层14在每个台16上的厚度约为40nm，在每个槽12上的厚度约为60nm。然后在有机染料层14上形成保护层15，使得保护层15厚度为50nm。保护层15由氮化铝(AlNx)制成。通过反应溅射法来制备氮化铝，其中用铝作为靶(target)，用Ar-N2(10∶1)作为反应气体(reactivegas)。
最后，形成覆盖层11。覆盖层11是一个厚度约0.095mm的聚碳酸酯膜，并通过由紫外线固化的粘合剂而固定。
以这种方式制成的DVR-R盘经过铅笔硬度的测试。该测试表明衬底硬度为HB，覆盖层硬度为2B。
下面将参照图2A和2B来说明在这种DVR-R盘8上的信息记录，其中图2A和2B示出了两种不同光盘的放大的截面图。
如上所述，当在本实施例的光盘8上记录信息时，激光束照射在光盘8的覆盖层11上。该激光束透射过覆盖层11和保护层15，并会聚在槽12之间(或台上)的有机染料层14上，从而在台上形成光束点20。在光束点20，激光束使有机染料热分解，从而改变有机染料的折射率。这种折射率的改变是不可逆的。因此，在结束激光束照射且有机染料层的温度降到室温之后，该改变后的折射率也不会返回到原始的折射率。这就是在台部分16的有机染料层14上记录信息的原理。
当有机染料被热分解时，有机染料的体积增加，并在激光束点之内和周围的有机染料层中产生压力。因此，若衬底10比覆盖层11软，则由于压力引起的变形会扩散到反射层13和衬底10，如图2A中的虚线所示。反射层13的变形会在取回所记录的信息时，对轨道上记录的信息产生不利影响。
当从DVR-R盘8取回信息时，要利用反射层13的激光束反射。因此，若反射层13已变形，则取回的信号包含较大的失真。特别地，与普通的DVD-R相比，DVR-R盘具有很小的轨道间距，用于增加记录密度。当通过激光束点20记录信息时，在盘上的标记之间的间隔也很小。因此，变形的反射层可能会影响所取回的信号，并导致相邻轨道间的串扰或干扰。
在本实施例中，树脂衬底10总是比覆盖层11硬，或者当有机染料层的折射率在激光束照射下改变时，树脂衬底10比覆盖层11硬。结果，由于有机染料层14的体积膨胀而产生的压力扩散到覆盖层11，如图2B中的虚线所示。这使保护层15和覆盖层11变形，但并不会使反射层和衬底变形。因此，具有上述结构的光盘可以避免出现串扰和反射层13的变形。这种结构避免了对所取回信息的质量产生不利影响的反射层的变形。
由于材料的特性，有机染料层14的折射率可以被设置得非常接近于覆盖层11的折射率(和保护层15的折射率)。例如，该折射率差异可以是大约0.1-1.0。因此，即使覆盖层11和保护层15由于压力发生了变形，如图2B所示，在覆盖层和保护层之间界面上的反射也是可忽略的。另外，覆盖层和保护层都是透明的，以使变形的覆盖层和变形的保护层并不会恶化所取回信息的质量。
下面将参照图3B所示的盘的截面图来说明本发明的第二实施例。本实施例的DVR-R盘8的制造方法和结构都与第一实施例类似，因此不再赘述。当描述光盘8的结构时，本实施例仍然参照图1A到1C。在图1A，1B，1C，3A，3B中，使用相同的参考数字和符号来表示相同的部件。
第二实施例尤其注重于包括避免出现交叉写入(crosswrite)的最佳材料的光盘。交叉写入是这样一种现象，其中在信息记录期间有机染料由于照射激光束而产生的热量与相邻的信息记录轨道干扰。
第二实施例的光盘8在槽12之间的台16的有机染料层14上记录信息。激光束在台16上造成光束点20，用于信息记录。这是槽上记录方案。台16上的有机染料层14通过在邻近轨道方向的厚度5-20nm的有机染料与相邻槽12中的有机染料层14相连。光盘8具有金属反射层13。反射层13由具有很高热传导率的材料制成。在台16上的有机染料层14和反射层13之间的接触区域小于槽12中的接触区域。因此，当激光束照射在光盘8上以便记录信息时，在台16上的有机染料层14中产生的热量只有一小部分被反射层13吸收，如图3A中以“Cal”表示的向上的无阴影箭头所示。热量将会在有机染料层14内部沿邻近的轨道方向(图3A中的向右和向左)传导。
为了解决这个问题，将第二实施例的光盘8设计成下述方式，使得从光束点20到激光束照射方向上(图3A中的上和下方向，称为“垂直方向”)传导的热量大于在邻近轨道方向上(称为“水平方向”)传导的热量。在垂直方向上传导的热量通常可以归类为两个方向，即从有机染料层14到反射层13的一个方向(称为“反射层方向”)和从有机染料层14到保护层15的一个方向(称为“保护层方向”)。
由于反射层13的主要材料是具有很高热传导率的材料，因此朝着反射层传导的热量较多。若朝着保护层传导的热量大于朝着反射层传导的热量，则垂直方向上传导的热量总和(即，反射层方向和保护层方向传导的热量总和)就会显著大于在水平方向上传导的热量。在图3B中示出了这种光盘8。如图所示，在有机染料层14中产生的热量大部分都在垂直方向上传导，只有一小部分热量在水平方向上传导。
光盘8的各个层的热传导率并不足以决定热传导量。因此在本实施例中，使用从有机染料层14和相邻层之间的界面向垂直方向上延伸的矩形平行六面体来确定从有机染料层14在垂直方向上传导的热量。传导热量通过以下公式确定：
矩形平行六面体的体积×矩形平行六面体的热传导率
矩形平行六面体的位置由下述方式确定。在轨道相邻方向(即径向方向上)上横切光盘。在该横截面中，假定一个方形。该方形的中心位于信息记录轨道的中心线上，该方形的每个边都等于激光束点的直径“d”。该方形是该矩形平行六面体的横截面。然后，假定在有机染料层14的垂直方向上延伸的矩形平行六面体的高度是，从衬底-反射层界面到保护层-覆盖层界面的距离。然后考察在有机染料层14的向上和向下方向在该矩形平行六面体中传导的热量。
下面将进行详细说明。确定光盘8的各个层的材料以使满足以下方程：
Sb×Lb×Cb≥Sa×La×Ca
其中Sa表示反射层13和有机染料层14的接触区域，La表示反射层13的厚度，Ca表示反射层的热传导率，Sb表示保护层15和有机染料层14的接触区域，Lb表示保护层15的厚度，Cb表示保护层15的热传导率。
当上述方程适用时，有机染料层14中产生的大部分热量在垂直方向上传导。
通常，对于槽底部的点和槽侧壁上的点而言，光盘8中每个层的厚度都是不同的。为了便于本说明的叙述，该层的厚度是保护层界面和反射层界面之间的矩形平行六面体中层厚度的平均值。该平均厚度是在激光束的法线方向上测量的。
在第二实施例中，激光源是波长λ＝405nm的紫色半导体激光，物镜的数值孔径NA＝0.85。通常，光束点的直径d由下述一般方程确定：
d＝0.52×(λ/NA)
因此，本实施例中的光束点直径d约为250nm(d≈250nm)。
由铝合金制成的反射层13的热传导率约为240W/m/K。由氮化铝制成的保护层15的热传导率约为120-200W/m/K，尽管保护层的热传导率会随着保护层的制造方法和制造条件而有所变化。
本实施例的DVR-R盘中的热传导量由上述数值和盘的部件尺寸来计算。计算结果表示如下：
朝着反射层传导的热量为：
Sa×La×Ca≈3.9×10-19Wm2/K
朝着保护层传导的热量为：
Sb×Lb×Cb≈4.4×10-19Wm2/K
从该计算结果可以确认，在本实施例的DVR-R盘中满足条件Sb×Lb×Cb≥Sa×La×Ca。因此，有机染料层14中产生的大部分热量在垂直方向上扩散，如图3B所示，从而可以避免相邻轨道间的交叉写入。
应当注意本发明并不局限于上述实施例。例如，在第二实施例中要求条件Sb×Lb×Cb≥Sa×La×Ca，但是若减少图3A所示的左右方向(即图3A中向左和向右的无阴影箭头Cal)上的热传导量来避免相邻台的交叉写入，也是可以的。

Claims (15)

1.一种用于在盘的槽之间记录信息的光盘，包括：
在衬底表面上具有许多槽的树脂衬底；
在该树脂衬底表面上形成的反射层，使该反射层具有与该槽相对应的形状；
在该反射层上形成的光学特性可变层，使该光学特性可变层具有与该反射层的凹凸形状相对应的凹凸形状，该光学特性可变层的光学特性会在光束照射该光学特性可变层时改变；
在该光学特性可变层上形成的透光保护层；以及
在该保护层上形成的透光覆盖层，用于相对该树脂衬底密封该反射层，光学特性可变层和保护层，其中，至少在光束照射该光学特性可变层在该相邻槽间的凸起部分时光学特性可变层的光学特性改变后，该树脂衬底的硬度大于该覆盖层的硬度。
2.根据权利要求1所述的光盘，其中光束从所述覆盖层辐射到所述光学特性可变层在所述相邻槽之间的凸起部分，以便将信息记录到该光学特性可变层的该凸起部分上。
3.根据权利要求1所述的光盘，其中所述光学特性可变层由有机染料材料制成，该有机染料材料的折射率在光束照射时发生变化。
4.根据权利要求1所述的光盘，其中所述光盘是DVR-D盘。
5.根据权利要求1所述的光盘，其中所述衬底厚度约为1.1mm，所述覆盖层厚度约为0.1mm。
6.根据权利要求3所述的光盘，其中直到所述光学特性可变层的折射率改变之前，所述衬底的硬度大于所述覆盖层的硬度。
7.一种用于在盘的槽之间记录信息的光盘，包括：
在衬底表面上具有许多槽的树脂衬底；
在该树脂衬底表面上形成的反射层，使该反射层具有与该槽相对应的形状；
在该反射层上形成的光学特性可变层，使该光学特性可变层具有与该反射层的凹凸形状相对应的凹凸形状，该光学特性可变层的光学特性会在光束照射该光学特性可变层时改变；
在该光学特性可变层上形成的透光保护层；以及
在该保护层上形成的透光覆盖层，用于相对该树脂衬底密封该反射层，光学特性可变层和保护层，其中，从该光学特性可变层朝着该保护层传导的热量大于从该光学特性可变层朝着该反射层传导的热量，其中该热量是在光束照射到该光学特性可变层的该凸起部分时，在该凸起部分处产生的。
8.根据权利要求7所述的光盘，其中所述保护层和所述光学特性可变层在凸起部分的接触面积、该保护层的厚度和该保护层的热传导率的乘积，大于所述反射层和该光学特性可变层的接触面积、该反射层的厚度和该反射层的热传导率的乘积。
9.根据权利要求7所述的光盘，其中所述光束从所述覆盖层辐射到所述光学特性可变层的凸起部分在所述相邻槽之间的凸起部分，以便将信息记录到该光学特性可变层的凸起部分上。
10.根据权利要求7所述的光盘，其中所述光学特性可变层由有机染料材料制成，该有机染料材料的折射率在光束照射时发生变化。
11.根据权利要求7所述的光盘，其中所述光盘是DVR-D盘。
12.根据权利要求7所述的光盘，其中所述衬底厚度约为1.1mm，所述覆盖层厚度约为0.1mm。
13.根据权利要求7所述的光盘，其中所述反射层由具有较高热传导率的材料制成。
14.根据权利要求7所述的光盘，其中所述反射层由铝合金制成，所述保护层由氮化铝制成。
15.一种光盘，包括：
在衬底表面上具有许多槽的衬底；
在该衬底表面上形成的反射层，使该反射层具有与该槽相对应的形状；
在该反射层上形成的光学特性可变层，使该光学特性可变层具有与该反射层的凹凸形状相对应的凹凸形状，该光学特性可变层的光学特性会在光束照射该光学特性可变层时改变；
在该光学特性可变层上形成的保护层；以及
在该保护层上形成的覆盖层，其中，从该光学特性可变层的凸起部分朝着该保护层和该反射层传导的热量足以避免对该光学特性可变层的相邻凸起部分上的交叉写入，该热量是在光束照射到该光学特性可变层的凸起部分时，在该凸起部分处产生的。
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