專利名稱：帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，屬數字光存儲技術領域。更具體的說，本發明是一種附加于光盤上的，可以減小在記錄層上讀寫光斑的尺寸的掩膜層。
提高光盤存儲密度的傳統方法，是減小讀寫光斑的尺寸。通常聚焦光斑的尺寸受激光束衍射效應的限制，其半強度直徑DIAFWHM與激光波長λ成正比，與光學頭物鏡數值孔徑NA成反比DIAFWHM=λ2NA-----(1)]]>因此，減小聚焦光斑尺寸的方法主要有兩種1.減小激光波長。例如，目前最新的高密度DVD光盤，激光波長從CD光盤的780nm減小到650nm。但是，由于短波長激光器件研制的困難，以及盤基對短波長激光透過率減弱等方面的原因，波長的減小是有限的。
2.增大光學頭物鏡的數值孔徑。例如上述高密度DVD光盤，數值孔徑從CD光盤的0.45增大到0.6。但用于光存儲系統中的大數值孔徑的非球面透鏡的制作在工藝上比較困難。同時，根據象差分析，即使在物鏡很好地校正了象差的情況下，光盤厚度的變化也將引起光程變化，這一光程的變化將使得讀寫信號質量下降。
此外，采用“超分辨”掩膜技術，可以得到小于衍射極限尺寸的光斑。目前，主要的超分辨掩膜技術有1.磁致超分辨技術。這一設想最早由SONY公司的M.Kaneko等人提出，他們在光盤中使用三到四個磁性介質層，利用外部磁場實現讀寫時的超分辨效果。這種方式可以提高了磁光盤的線密度和道密度，能實現更高密度的存儲。
2.相變材料超分辨技術。這一設想由SONY公司的Yutaka Masami等人提出，它利用了相變介質的晶態與非晶態間反射率的不同實現超分辨率掩膜，提高了存儲密度。
上述超分辨率掩膜方法，能夠在不改變讀寫系統光路的情況下達到超衍射極限的讀寫效果，增加介質的存儲密度。但MSR技術有一定的局限性，除了上面所說的以外，最重要的是MSR技術只能用于磁光介質，而不能用于相變或只讀類光存儲介質中。另一方面，上述各種介質超分辨盤都利用了介質的熱效應，由于材料的熱擴散效應，很難使有效光斑做得很小。同時，隨著激光波長的減小，這種利用熱效應的介質超衍射技術可能會受到一些限制。
本發明的目的是設計一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，在反射層和透明盤基之間附加的一層光致變色材料掩膜層，基于光化學效應，實現分子級別的反應，進一步縮小讀寫光斑，以獲得更高的分辨率。
本發明設計的帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，包括保護層，反射層，記錄層和盤基，上述各層依次相互排列。該光盤還包括掩膜層，掩膜層置于盤基和記錄層之間；光盤厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，記錄層厚度為5nm～2000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
本發明設計的光致變色超分辨率掩膜層的光盤，其第二種結構形式為，所述的記錄層有n層，所述n層記錄層的第1～n層從盤基到反射層依次排列，掩膜層置于第n-1層記錄層和第n層記錄層之間；光盤總厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，每層記錄層厚度為5nm～1000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
其第三種結構形式為，所述的記錄層有n層。上述n層記錄層的第1～n層從盤基到反射層依次排列，上述掩膜層置于第m-1層記錄層和第m層記錄層之間，其中1＜m＜n；光盤總厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，每層記錄層厚度為5nm～1000nm結構形式為，所述的記錄層有n層，上述n層記錄層的第1～n層從盤基到反射層，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
其第四種依次排列，掩膜層置于盤基和第1層記錄層之間。所述的光盤厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，每層記錄層厚度為5nm～1000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
其第五種結構形式為，該光盤包括保護層，反射層，和預壓有信息坑點盤基，上述各層依次相互排列，該光盤還包括掩膜層。所述的掩膜層置于盤基和反射層之間。光盤總厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，信息凹坑深度為10nm～2000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
本發明主要有以下幾個特點1、與基于光熱效應的超分辨掩膜技術完全不同，本發明基于光化學效應，可以實現分子級別的反應，能進一步縮小了讀寫光斑，獲得更高的分辨率。
2、針對多層光盤系統采用多波長的特點，可選擇性的對其中部分波長，如長波部分進行攔截。
3、采用光致變色材料作為掩膜層，可用于包括只讀、磁光、相變，色變等各種存儲介質。
4、由于采用基于光化學反應的掩膜，沒有熱反應過程，可以大大提高讀寫速度。
附圖簡要說明
圖1是本發明所述的光致變色掩膜層在不同照射時間時的透射率沿光斑半徑的分布曲線。
圖2是本發明所述的光致變色掩膜層在不同照射時間時透射光強沿光斑半徑的分布曲線。
圖3是本發明只有一層記錄層時的光盤結構，掩膜層位于盤基和記錄層之間。
圖4是本發明有n個記錄層時的光盤結構，掩膜層位于第n層記錄層與第n-1層記錄層之間。
圖5是本發明有n個記錄層時的光盤結構，掩膜層位于盤基與第1層記錄層之間。
圖6是本發明有n個記錄層時的光盤結構，掩膜層位于第m層記錄層與第m-1層記錄層之間。
圖7是本發明的只讀光盤結構，掩膜層位于盤基和反射層之間。
下面結合附圖詳細介紹本發明的原理和實例。圖3～圖7中，1是盤基，2是掩膜層，4是反射層，5是保護層。圖3中，3是記錄層。圖4～圖6中，31，32～3n是n層記錄層。圖4中，3n-1是第n-1層記錄層，圖6中3m-1，3m分別是第m-1層和第m層記錄層。
圖1是光致變色掩膜層在不同曝光時間t時，讀寫光斑沿光斑半徑r方向的透過率T曲線，其中
。從圖1中可以看到，由于局部反應速率的不均勻性，該掩膜層的對讀寫光斑的透過率成非線性關系。
圖2是光致變色掩膜層在不同曝光時間t時，讀寫光斑沿光斑半徑r方向的相對光強分布曲線。I0是讀寫光斑沿光斑半徑r方向的強度分布函數。其中，
表示無掩膜層時的最大光強。圖中的實線顯示了無掩膜層時的相對光強分布的情況。P表示入射光功率，
。從圖2中可以看出，讀寫光斑透射過掩膜層后形成一個在切向和徑向兩個方向尺寸都小于實際光斑的有效讀寫光斑。
實驗進一步表明，聚焦光斑通過光致變色掩膜層的透射率與光致變色材料的濃度有關介質濃度越大，掩膜透射率非線性情況越顯著，得到的超衍射光斑尺寸越小。此外，由圖1，圖2可以看出，光致變色掩膜的透射率亦與照射時間有關，照射時間越短，掩膜透射率非線性情況越顯著，得到的超衍射光斑尺寸越小。在讀寫時，因光斑掃描過程導致光斑區從前部向后部照射時間線性增長，光致變色膜的透過率非線性加強，從而在實際光斑的后部形成一個尺寸更小的有效光斑。
計算顯示，當光盤有光致變色掩膜層時，其串擾信號更小。這說明掩膜層的存在能改善光盤讀寫信號的串擾特性，當要求讀寫信號的串擾值滿足一定要求時(例如CD-ROM要求串擾小于50％)，在相同的道間距下，有掩膜層的光盤所允許信息符的寬度比無掩膜時更寬，這可以降低刻錄光盤時的工藝要求。而信息符寬度相同時，有掩膜層的光盤的道間距可以比無掩膜時更小，從而提高道密度，增加了光盤的容量。
可用于光致變色掩膜層的材料有螺吡喃、螺惡嗪、俘精酸酐類、偶氮類等有機化合物。上述的光致變色掩膜層可采用表面旋涂工藝制備將光致變色化合物，例如，吡咯取代的俘精酸酐衍生物，溶于含有有機溶劑中，旋涂在已經預壓有伺服槽或信息凹坑的盤基上的相應層上，待溶劑揮發風干即成。
本發明設計的帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤有幾種不同的結構圖3是只有一層記錄層的光盤，掩膜層位于盤基和記錄層之間。讀寫光斑透過掩膜層，在記錄層上形成尺度縮小的實際光斑，所述的掩膜層和記錄層的厚度總和小于讀寫系統的焦點深度。
圖4是一種帶有掩膜層的多層多波長光盤結構。記錄層n對應的讀寫波長λn最長，掩膜層位于第n層記錄層與第n-1層記錄層之間。只將波長為λn的讀寫光斑縮小尺度，不影響其他波長的讀寫光斑，所述的掩膜層和記錄層的厚度總和小于讀寫系統的焦點深度。
圖5是帶有掩膜層的多層多波長光盤中的另一種結構。掩膜層位于盤基與第一層記錄層之間。讀寫光束的某一組分起到“開啟光的作用”使掩膜層產生超衍射極限孔徑，從而使讀寫光斑透過掩膜層時，縮小所有讀寫波長λ1～λn的讀寫光斑尺寸，所述的掩膜層和記錄層的厚度總和小于讀寫系統的焦點深度。
圖6帶有掩膜層的多層多波長光盤第三種結構。掩膜層位于中間某一記錄層m和m-1之間。掩膜層只將對應記錄層m～n的讀寫光斑縮小尺度，其對應波長為λm～λn，不影響其他波長的讀寫光斑，所述的掩膜層和記錄層的厚度總和小于讀寫系統的焦點深度。
圖7是只讀光盤，掩膜層位于盤基和反射層之間。讀出光斑透過掩膜層，在已經預壓有信息凹坑的盤基上形成尺度縮小的實際光斑，所述的掩膜層厚度與預壓凹坑深度的總和小于讀寫系統的焦點深度。
上述圖1～圖6帶有掩膜層的光盤的一個實例是每個記錄層厚度為50nm，掩膜層厚度為50nm，反射層厚度為50nm，保護層厚度為20μm，盤基厚度為1mm。掩膜層采用吡咯取代的俘精酸酐衍生物。
上述圖1～圖6帶有掩膜層的光盤的另一個實例是每個記錄層厚度為60nμm，掩膜層厚度為80nm，反射層厚度為60nm，保護層厚度為30μm，盤基厚度為1.1mm。掩膜層螺惡嗪衍生物。
上述圖1～圖6帶有掩膜層的光盤的第三個實例是每個記錄層厚度為70nm，掩膜層厚度為70nm，反射層厚度為40nm，保護層厚度為50μm，盤基厚度為1.1mm。掩膜層螺吡喃類化合物。
上述圖7帶有掩膜層的只讀光盤的一個實例是掩膜層厚度為50nm，反射層厚度為50nm，保護層厚度為20μm，盤基厚度為1mm。掩膜層采用吡咯取代的俘精酸酐衍生物。
上述圖7帶有掩膜層的只讀光盤的另一個實例是掩膜層厚度為80nm，反射層厚度為60nm，保護層厚度為30μm，盤基厚度為1.1mm。掩膜層螺惡嗪衍生物。
上述圖7帶有掩膜層的只讀光盤的第三個實例是掩膜層厚度為70nm，反射層厚度為40nm，保護層厚度為50μm，盤基厚度為1.1mm。掩膜層螺吡喃類化合物。
權利要求
1.一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，該光盤包括保護層，反射層，記錄層和盤基，上述各層依次相互排列，其特征在于該光盤還包括掩膜層，所述的掩膜層置于盤基和記錄層之間；其中光盤總厚度為0.1mm～10mm，掩膜層厚度為5nm～1000nm，記錄層厚度為5nm～2000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
2.一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，該光盤包括保護層，反射層，記錄層和盤基，上述各層依次相互排列，其特征在于該光盤還包括掩膜層，所述的記錄層有n層。上述n層記錄層的第1～n層從盤基到反射層依次排列，所述的掩膜層置于第n-1層記錄層和第n層記錄層之間；所述的光盤總厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，每層記錄層厚度為5nm～1000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
3.一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，該光盤包括保護層，反射層，記錄層和盤基，上述各層依次相互排列，其特征在于該光盤還包括掩膜層，所述的記錄層有n層，上述n層記錄層的第1～n層從盤基到反射層依次排列，上述掩膜層置于第m-1層記錄層和第m層記錄層之間，其中1＜m＜n；所述的光盤總厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，每層記錄層厚度為5nm～1000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
4.一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，該光盤包括保護層，反射層，記錄層和盤基，上述各層依次相互排列，其特征在于該光盤還包括掩膜層；所述的記錄層有n層，上述n層記錄層的第1～n層從盤基到反射層依次排列。所述的掩膜層置于盤基和第1層記錄層之間；所述的光盤總厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，每層記錄層厚度為5nm～1000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
5.一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤，該光盤包括保護層，反射層，和預壓有信息坑點的盤基，上述各層依次相互排列，其特征在于該光盤還包括掩膜層，所述的掩膜層置于盤基和反射層之間；所述的光盤厚度為0.1mm～10mm，其中掩膜層厚度為5nm～1000nm，信息凹坑深度為10nm～2000nm，反射層厚度為5nm～1000nm，保護層厚度為1μm～5mm，盤基厚度為0.1mm～10mm。
全文摘要
本發明涉及一種帶有光致變色超分辨率掩膜層的光盤,包括保護層,反射層,記錄層盤基和掩膜層,掩膜層置于盤基和記錄層之間。本發明的光盤基于光化學效應,可以實現分子級別的反應,縮小讀寫光斑,獲得更高的分辨率。采用光致變色材料作為掩膜層,可用于包括只讀、磁光、相變、色變等各種存儲介質。由于采用基于光化學反應的掩膜,沒有熱反應過程,可以大大提高讀寫速度。
文檔編號G11B7/24GK1270389SQ00107368
公開日2000年10月18日 申請日期2000年5月12日 優先權日2000年5月12日
發明者徐端頤, 張雷 申請人:清華大學