可寫光學記錄載體的制作方法

專利名稱：可寫光學記錄載體的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括承載記錄疊層的襯底的可寫光學記錄載體。本發明還涉及使用預定波長的電磁輻射束在可寫光學記錄載體上寫信息的方法，波長優選范圍為230nm至800nm。
通過增加物鏡的數值孔徑和減小激光波長，可寫光學記錄載體在數據容量方面已經得到漸進的增長。總數據容量從650MB(CD，NA＝0.45，λ＝780nm)增加到4.7GB(DVD，NA＝0.65，λ＝670nm)，并最終增加到25GB(藍光光盤(BD)，NA＝0.85，λ＝405nm)。由此采用兩種不同的寫方法對于一次寫入的CD-R和DVD+R采用染料記錄，對于可重寫的CD-RW、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW和BD-RE采用相變記錄。
相變記錄介質通常包括相變材料作為記錄層，該記錄層夾在兩個電介質ZnS-SiO2層之間的疊層內。相變材料典型地為具有耐用的多晶結構的合金，例如由鍺、銻和碲或者銦、銀、銻和碲組成的合金。在該記錄疊層的一個側面上沉積鏡面層，該鏡面層通常由諸如金或鋁或銀的金屬制成。記錄疊層沉積在諸如聚碳酸酯襯底的襯底上。由記錄信號調制的寫激光束從襯底一側進入記錄介質時將主要被記錄層吸收，而被鏡面層吸收的激光部分遠小于5％至10％。因此，金屬合金被局部加熱。當溫度超過大約500℃至700℃時，合金的相變化為非晶態。通過相鄰的電介質層的快速熱傳導導致合金迅速冷卻，從而穩定該非晶態。因此寫標記保留下來。施加降低功率的激光束可以擦掉寫標記。因此，記錄層被加熱到約200℃的溫度，引起相轉變回到結晶相。結晶相(基態)具有高的反射率，相反地非晶相(寫狀態)的反射率降低。因此，聚焦在所述記錄疊層上的讀出束被記錄層反射，根據其撞擊寫標記(坑)還是未寫區域(平臺)而反射強度不同。
染料記錄類型光盤通常包括聚碳酸酯襯底，其在第一側面上具有用作記錄層的有機染料層。已知的染料材料為花青、酞菁染料和金屬化偶氮染料。典型地為金或銀層的反射金屬層被附著到與襯底相對的所述記錄層的第二表面上。從襯底一側進入疊層的寫激光束將部分地被記錄層吸收，記錄層以這樣的方式被加熱。因此，染色色素持久并可逆地改變其顏色和結構，即記錄層被局部地漂白和分解。同樣地，記錄疊層可能發生一些機械變形。撞擊以這種方式寫入的標記的讀出束將被該漂白區域部分散射。因此，在所述反射金屬層處反射光線強度取決于讀出束是撞擊標記還是幾乎未受干擾地穿過記錄層。
對優化用于特定波長記錄的染料的不斷增長的需求、對更快記錄速度的競爭、以及對更高數據容量和更低成本的一般需求促進制造商尋求新的記錄材料。同時，已經開發用于特定記錄系統(諸如CD-R)的材料由于其在那些波長的光學性能而不被考慮用于其它系統(例如DVD)。例如，這些材料被認為是不適用于在需要的波長處記錄信息，因為光線不會被處于初始(未記錄)狀態的這些材料充分地吸收。
因此，本發明的一個目標為提供可寫光學記錄載體以及在該可寫光學記錄載體上寫信息的方法，其中該可寫光學記錄載體包括在未記錄狀態時對于預定波長的電磁輻射入射束基本上是透明的記錄層。
根據本發明，通過一種可寫光學記錄載體實現這個目標該可寫光學記錄載體包括承載記錄疊層的襯底，該記錄疊層依次包括記錄層和形成在所述記錄層上與襯底相對的第一吸收層。該記錄層在初始(未記錄)狀態時對于預定波長的電磁輻射入射束基本上是透明的，并包括加熱時改變其光學特性的材料。第一吸收層包括對預定波長的吸收系數足夠高以將入射束轉化為熱量并因此改變所速記錄層材料的光學特性的材料。優選地，記錄層包括在初始的未記錄狀態時基本上是透明的有機染料材料，吸收層為電介質。根據本發明的另一個優選實施例，記錄載體包括第二吸收層，其位于毗鄰所述記錄層的所述第一吸收層的對立側面上，因此被夾在記錄層和襯底之間。同樣，可以使用覆蓋層，激光束穿過該覆蓋層被聚焦。
根據本發明的權利要求12，通過在該可寫光學記錄載體上寫信息的方法進一步實現該目標，其中標記代表通過預定波長的電磁輻射束寫入的信息。根據本發明的方法包括如下步驟將寫單元置于相對于所述記錄載體的預定位置；通過寫單元產生具有預定寫功率的所述輻射束；在第一吸收層內至少部分地吸收所述輻射束，由此產生第一熱斑點；將在第一吸收層內產生的熱量向記錄層傳導；以及通過第一吸收層中從熱斑點傳導來的熱量局部地改變所速記錄層材料的光學特性。
在從屬權利要求11和12中定義用于在該可寫光學記錄載體上寫信息的另外的優選實施例。
然而，所有已知的記錄方法和諸如CD-R、CD-RW、DVD+R、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW和BD的可重寫或一次寫入記錄載體利用對記錄層的直接加熱，而本發明提供了非直接加熱的記錄方法。因此，本發明允許采用對預定波長的電磁輻射束基本上是透明的材料進行記錄信息。這使得有機會應用諸如CD-R、CD-RW、DVD+R、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW記錄的充分標準化的光學記錄方法，例如，采用目前為止由于其在預定波長的吸收系數低而被所述標準認為不適用于該目的的材料。
通過下述對優選實施例并結合附圖的說明，本發明的上述及其它目標、特征和優點將變得明顯，附圖中

圖1闡述了根據本發明第一實施例的可寫光學記錄載體的截面圖。
圖2示出了根據圖1的記錄載體沿深度方向的溫度分布。
圖3示出了根據圖1的記錄載體對包括六個短寫脈沖的寫策略的溫度響應。
圖4示出了根據圖1的記錄載體的徑向溫度響應。
圖5闡述根據本發明第二實施例的可寫光學記錄載體的截面視圖。
圖6示出了根據圖5的本發明第二實施例的記錄載體沿深度方向的溫度分布。
圖7闡述根據本發明第三實施例的可寫光學記錄載體的截面視圖。
圖8示出了根據圖7的記錄載體的光學性能。
圖9闡述了具有九個寫脈沖和三個內嵌的調制電平的多脈沖寫策略。
圖10示出了與圖9所示寫策略相對應的計算的標記形狀的深度分布圖。
根據本發明的第一優選實施例，用于可寫光學記錄載體的具有如圖1所示的最簡單疊層設計的記錄疊層(所謂的DA疊層)包括有機染料層D，其作為記錄層被附著到由電介質ZnS-SiO2制成的第一吸收層A。電介質層的選擇取決于在指定波長范圍內的吸收。根據本實施例，電磁輻射入射束選擇為λ＝266nm。從表1可以看出，ZnS-SiO2在該波長具有相對高的吸收系數。因此，該材料作為電磁輻射的吸收體。有機染料材料的降解溫度，即染料開始分解的溫度，約為300℃。根據本實施例的吸收層厚20nm。記錄層厚度為30nm。
根據本實施例，將記錄疊層的記錄層側面沉積在襯底S上，該襯底例如由聚碳酸酯、有機玻璃、非晶聚烯烴或玻璃制成。記錄層的厚度范圍為1nm至200nm，第一吸收層厚度范圍為1nm至500nm。記錄載體可以為從空氣入射的類型，或者另外具有附著到吸收層的保護覆蓋層，該覆蓋層未在圖1中示出。該覆蓋層可以由例如硅酮樹脂184(見表1)制成。例如，對于BD光盤，該層厚度約為100μm。根據圖1的實施例代表一次寫入記錄疊層。
由置于相對于記錄載體的預定位置的寫單元產生圖1中用箭頭表示的UV激光束。該光束從吸收層的側面入射到疊層并由所述寫單元將其聚焦到疊層上。對于存在覆蓋層的情形，光線穿過該覆蓋層被聚焦。隨后，由電磁輻射傳輸的能量部分地被吸收到電介質ZnS-SiO2層內。換而言之，電磁能量被轉換為第一吸收層內的第一熱斑點。盡管相鄰有機染料層在紫外波長處基本上是透明的(見表1)且該層本身的吸收太小難以產生改變其光學性能所需的足夠熱量，通過熱傳導從吸收層向有機染料層的熱擴散在足夠高的激光功率下在有機染料層中引起溫度上升，使其溫度超過染料的漂白/分解溫度。按照這個方式，通過非直接加熱在其一個功能狀態下基本上為透明的記錄層材料內寫入標記，該功能狀態即在未記錄狀態下具有小的吸收系數，在已記錄狀態下具有更高的吸收系數(見表1)。
表1
參考圖2，示出了根據圖1的記錄載體疊層中沿z方向的溫度分布T/Tdeg，其中Tdeg代表記錄染料的分解溫度。z值增加的方向垂直于疊層延伸并與圖1所示的從吸收體側面A進入疊層的入射束的方向相反。有機聚碳酸酯襯底S具有低的熱導率。該襯底被附著到有機染料層D，層D在該特別實例中的厚度為30nm。處于未記錄的初始狀態的染料層和襯底具有幾乎相同的光學性能。
響應波長為266nm的入射紫外激光束，溫度在延伸穿過吸收層A的平臺處達到其最大值，由于從吸收層的熱泄漏而向吸收層的兩個側面降低。因此，根據本發明的染料層被ZnS-SiO2電介質吸收層內吸收的激光間接地加熱。由于染料層和襯底的熱學(或光學)性能，尤其是由于相似的小吸收系數和相似的熱阻，吸收層兩側的溫度降低幾乎是對稱的。注意，該結果并非為一般的結果，其更多地應歸功于所提出的實施例。
使用的脈沖寫策略具有2ns的寫脈沖，每對所述寫脈沖之間的冷卻間隙持續4ns。這些脈沖沿軌道的記錄速度為10m/sec。圖3示出了根據本發明第一實施例的疊層對具有預加熱和隨后加熱電平即在脈沖序列之前和之后具有適當功率電平的六個寫脈沖的溫度-時間響應。每個寫脈沖用數字表示。根據于此，所述疊層具有緩慢的冷卻響應。溫度降低很慢，使得溫度隨每個寫脈沖而累加直到5個脈沖之后才達到約1.5×Tdeg的最大值。當歸一化溫度T/Tdeg達到大于1的值時，疊層的溫度超過染料材料的降解(或分解)溫度。
由于其緩慢的冷卻響應，根據本發明第一實施例的可寫光學記錄載體最適用于WORM(一次寫入多次讀出)光盤。因此，除了在諸如CD-RW，DVD-RW的可重寫相變記錄介質的情況下，緩慢的冷卻行為并不阻礙數據存儲。
從圖4可以看出，電介質層中的吸收導致比基于光學定標法則的預期溫度分布略微更寬的溫度分布。其中，實心三角形符號表示聚焦在根據圖1的疊層上的激光束的斑點尺寸。空心方形符號表示電介質吸收層內沿以y/R0＝0的激光束中心為起點的徑向溫度分布。然而，當使用約為1.2×至1.5×Tdeg的最大溫度時，即大約350℃至550℃，在中心軌道寫信息時，以y/R0＝1起點并延伸到y/R0＝2的相鄰軌道內的溫度不會超過Tdeg。由于達到Tdeg時染料材料組或多或少的突然漂白實際上為閾值現象。因此將不會發生相變材料中已知的交叉寫退化。換而言之，激光束在中心軌道寫信息時，相鄰軌道不會發生嚴重退化。
因此，盡管從相變記錄介質中通常已知的吸收層由于其高的熱導率而引起相對大的熱擴散，根據本發明的記錄有機染料層和吸收電介質層的熱學性能小得多，使得第一吸收層中第一熱斑點(疊層中的熱源)非常窄。因此，熱源被充分地局域化，使得可以在有機染料記錄層中寫入非常小的標記。
根據本發明的第二優選實施例，可寫光學記錄載體包括承載根據圖5的記錄疊層的襯底。該記錄疊層包括記錄染料層D和形成在所述記錄染料層D上的第一吸收層A1。在所述記錄層和所述襯底之間存在與附著到記錄層D的第二表面上的第一吸收層A1相對的第二吸收層A2。因此獲得所謂的ADA記錄疊層。該第二吸收層的厚度范圍為1nm至100nm。然而，根據該特殊實例，兩個電介質吸收層A1和A2的厚度可達到20nm，D層厚度為40nm，使得ADA疊層是對稱的。如圖5所示，紫外光束從A1一側進入疊層。可選擇地，出于保護的目的，在ADA疊層的頂部上存在優選由硅酮樹脂184(見表1)制成的覆蓋層。
再次，以10m/sec的記錄速度施加波長為266nm的紫外激光束，使用的寫脈沖策略具有每個長2ns的六個寫脈沖，每對寫脈沖之間的冷卻間隙為4ns。隨后得到根據圖6的溫度分布。第一電介質吸收層A1所吸收的入射光束的最大量對應于圖6中z值更大的右邊區間段。按照這種方式，在其中產生第一熱斑點(疊層中的第一熱源)。殘余光線隨后穿過初始(未記錄)狀態基本上透明的染料層。光束最后部分地被第二電介質吸收層A2(z值較小)吸收，由此在其中產生第二熱斑點(疊層中的第二熱源)。熱量從兩個熱源向記錄染料層(D)傳導。因此，記錄染料層內的溫度累加，該溫度因此部分超過各個吸收層內獲得的值。此外，并不出現結合圖2提及的簡單DA疊層中已知的染料層內相當陡峭的溫度梯度。因此，穿過夾在兩個吸收層A1和A2之間的記錄染料層的溫度分布更加均勻，所以穿過記錄層的染料材料漂白/分解將變得更加均勻。
圖7闡述了本發明另一個優選實施例。此處所示的記錄載體包括置于襯底S上的ADA疊層。該ADA疊層包括第一電介質吸收層A1、第二電介質吸收層A2、和夾在兩個吸收層之間的記錄染料層D。ADA疊層并不對稱，特別地，第一吸收層A1厚度為4nm，記錄層D厚40nm，第二吸收層A2厚28nm。將ADA疊層的A2側面置于所述襯底上。覆蓋層C置于與襯底S相對的ADA疊層的A1側面上。
圖8示出了根據圖7所示優選實施例的記錄載體的光學性能。如圖7所示從覆蓋層側面C進入疊層的波長為266nm的讀出紫外激光束在該疊層處由于折射率不匹配而被反射。用實心圓表示在未記錄初始狀態區域(平臺)被反射的光線強度和入射光束的百分比。三角形表示記錄載體光學對比度的百分比，由此該光學對比度代表入射光束撞擊染料層的已寫入或漂白的終態區域(坑)時反射光的衰減。可以從圖8看出，初始狀態區域處反射光的強度以及光學對比度取決于A2層的厚度。在厚度為28nm優化值時，初始狀態反射強度為入射束的9.2％，光學對比度為入射束的83.5％。因此，初始狀態區域處反射光強度和終態區域反射光強度相差7.7％。
根據優選實施例的AD或ADA記錄疊層設計可以進一步延伸到具有附加(多)層結構以提高記錄載體諸如反射率的光學和熱學性能。可以獲得例如I-A-D-A-I疊層，其中D表示記錄染料層，A表示吸收層，I表示附加的電介質、金屬或吸收層。
本發明的另一個實施例提供了采用非直接加熱記錄疊層的單側雙層類型的記錄載體，像已知的DVD和BD技術那樣只從一個側面讀取該載體。因此，優選通過薄的間隔層將根據本發明的半透明AD/ADA疊層或其它記錄疊層與另一個疊層分隔開。例如該間隔層厚10μm至50μm，并優選地由硅酮樹脂184制成。可以以一定的方式采用該疊層，使得第一疊層(即位于光線進入記錄載體的側面上的疊層)中的透射率約為50％或者更大，且第二疊層的反射率約為第一疊層反射率的4倍。
通過采用根據本發明的非直接加熱方法，同樣可以獲得可以從兩個側面讀取信息的雙側記錄載體。而且，采用非直接加熱方法的單側雙層和雙側記錄載體的組合是可行的。
根據本發明的另一個實施例，包括根據本發明的AD/ADA或其它記錄疊層的記錄載體可以采用多電平記錄方法。通過采用多電平記錄寫策略，可以在記錄載體的記錄層中寫入不同尺寸和深度的標記。
圖9闡述了包括九個寫脈沖的脈沖序列(具有三個內嵌調制電平)的所謂10T標記。由此，不同調制電平對應不同的寫激光束的寫入功率。該標記的寫入從三個低功率電平脈沖開始，接著是中等功率電平的三個脈沖，并以三個高功率電平的脈沖結束。
圖10描述了在根據本發明第一實施例中包括DA疊層的記錄載體中以10m/sec的記錄速度產生的最終計算的標記形狀。水平地示出沿軌道的方向，垂直地示出標記的寬度，其寬度以0處的軌道中心為起點。不同的輪廓線表示不同深度處的標記邊緣。因此，z＝144(小空心圓)對應于在僅靠近相鄰吸收層的染料層底部內寫入的標記，z＝130(大實心圓)對應于與吸收層相對且最靠近襯底的染料層上表面下寫入的標記。從圖10可以看出，低功率電平的脈沖在距離吸收層不遠的深度中產生在標記內可分辨的部分交疊的三個點(小空心圓、小實心圓、和中等尺寸空心圓)。中等電平的脈沖產生比低功率寫脈沖所產生的點更深且更寬的三個點(小實心圓、中等尺寸實心圓、及大空心圓)。最后，在圖10右側由高功率電平寫入的點達到一直跨過記錄染料層的最大深度，點的最大寬度超過0.1μm(對于所有的符號)。
以這樣的方式，標記的不同深度為反射讀出束提供不同的光學路徑長度。此外，標記的寬度導致反射讀出束的不同調制電平。因此，當讀出以上述方式寫入的標記時，可以探測到其不同深度和寬度，從而允許多電平記錄。
另外的寫策略也是可行的。標記長度不僅可以由多個寫脈沖確定，也可以由具有不同長度的單個寫脈沖確定。例如，可以使用單個長的寫脈沖，七個分離脈沖(N-1寫策略)或者使用四個脈沖(N/2寫策略)寫入一個8T標記。
用于寫入單個標記的一個子脈沖序列內的不同功率電平，不僅可以應用于多電平記錄，也可附加地用于避免加熱疊層。例如，在光學記錄載體上寫信息時，可以根據與所采用的記錄疊層的熱學性能相關的預定寫策略改變寫入激光束的寫入電平。
注意，本發明不限于上述優選實施例。可以應用其它記錄層材料和/或吸收層材料。此外，本發明不限于一次寫入記錄載體和方法。對于不同于上述波長范圍的波長范圍，也可以采用其它可寫記錄載體。
權利要求
1.一種可寫光學記錄載體，包括承載記錄疊層的襯底，該記錄疊層依次包括記錄層，以及形成在所述記錄層上與襯底相對的第一吸收層，該記錄層在初始(未記錄)狀態時對于預定波長的電磁輻射入射束基本上是透明的，并包括加熱時改變其光學特性的材料，第一吸收層包括對預定波長的吸收系數足夠高以將入射束轉化為熱量并因此改變所述記錄層材料的光學特性的材料。
2.根據權利要求1的記錄載體，其特征在于所述記錄層包括有機染料材料。
3.根據權利要求1或2的記錄載體，其特征在于所述記錄載體進一步包括第二吸收層，其位于所述記錄層和所述襯底之間的所述第一吸收層的對立側面上。
4.根據權利要求1至3中任一項的記錄載體，其特征在于所述第一和第二吸收層材料為具有低熱導率的材料。
5.根據權利要求4的記錄載體，其特征在于所述第一和第二吸收層材料為ZnS-SiO2。
6.根據權利要求1至5中任一項的記錄載體，其特征在于所述記錄疊層進一步包括一個或多個毗鄰所述第一和/或第二吸收層的附加層，以提高記錄載體的光學和熱學性能。
7.根據權利要求1至6中任一項的記錄載體，其特征在于所述記錄載體進一步包括附著到位于所述襯底對立側面上的所述記錄疊層上的覆蓋層。
8.一種在可寫光學記錄載體上寫信息的方法，該記錄載體包括承載記錄疊層的襯底，該記錄疊層依次包括記錄層，其在初始(未記錄)狀態時對于預定波長的電磁輻射入射束基本上是透明的，并包括加熱時改變其光學特性的材料，以及在與襯底相對的所述記錄層上形成的第一吸收層，在該方法中標記代表通過預定波長的電磁輻射束寫入的信息，該方法包括如下步驟將寫單元置于相對于所述記錄載體的預定位置；通過寫單元產生具有預定寫功率的所述輻射束；所述輻射束透射穿過所述記錄層而不改變所述記錄層材料的光學特性；在第一吸收層內至少部分地吸收所述輻射束，由此產生第一熱斑點；將在第一吸收層內產生的熱量向記錄層傳導；以及通過第一吸收層中從熱斑點傳導來的熱量局部地改變所述記錄層材料的光學特性。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于通過在位于所述記錄層和所述襯底之間的所述第一吸收層的對立側面上的第二吸收層內至少部分地吸收所述輻射束而產生第二熱斑點；將第二吸收層中產生的熱量向記錄層傳導，且其中通過從第一和第二吸收層中熱斑點傳導來的熱量局部地改變記錄層材料的光學特性。
10.根據權利要求8或9中任一項的方法，其特征在于在所述光學記錄載體上寫信息時，所述輻射束的寫功率是變化的，使得可以寫入不同尺寸和/或深度的標記。
11.根據權利要求8至10中任一項的方法，其特征在于在所述光學記錄載體上寫信息時，所述輻射束的寫功率是變化的，以補償記錄載體的加熱。
全文摘要
本發明涉及可寫光學記錄載體和在該可寫光學記錄載體上寫信息的方法。該記錄載體包括承載記錄疊層的襯底，該記錄疊層依次包括記錄層和吸收層。記錄層對于入射光束基本上是透明的，并包括加熱時改變其光學特性的材料。第一吸收層將入射光束轉化為熱量，從而非直接地改變記錄層材料的光學特性。該方法包括如下步驟將寫單元置于預定位置，使用寫單元產生光束，在第一吸收層內至少部分地吸收該光束，由此產生第一熱斑點，將熱量向記錄層傳導，并局部地改變記錄層材料的光學特性。
文檔編號G11B7/257GK1729524SQ200380106843
公開日2006年2月1日 申請日期2003年11月20日 優先權日2002年12月19日
發明者A·米吉里特斯基, E·R·梅恩德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司