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JP2007048352A - 光記録媒体及び光記録媒体の情報再生方法 - Google Patents

光記録媒体及び光記録媒体の情報再生方法 Download PDF

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Junji Tominaga
富永 淳二
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中野 隆志
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In-Ho Hwang
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Abstract

【課題】超解像光記録媒体における超解像再生の際に、再生用レーザ光の照射パワーを、記録マークの大きさに依存させることなく、超解像再生を行うことができる光記録媒体。
【解決手段】光記録媒体10は、基板12と、第1の誘電体層14と、記録層16と、第2の誘電体層18と、超解像層20と、第3の誘電体層22とをこの順で設けてなり、前記超解像層20は所定の照射パワーによる1〜300秒間のDC光照射時に、ボイドが発生する材料から構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、記録層に形成されている記録マークに再生光を照射することによって情報を再生することができる光記録媒体、特に、再生光学系における解像限界以下の小さな記録マークを再生することができる光記録媒体及び光記録媒体の情報再生方法に関する。
近年、例えば特許文献1に記載されるように、再生光学系における回折限界よりも小さい記録マーク列の再生が可能な超解像光記録媒体が提案されている。
この超解像光記録媒体では、再生光学系の解像限界を超えた微小記録マーク(超解像記録マーク)の再生が可能であるが、この原理は未だ明確ではない。
CD(コンパクトディスク)やDVD(デジタルバーサタイルディスク)等の光記録媒体は、基板上に記録層と記録された情報を再生用レーザ光で読み出すための反射率制御及び記録層保護を行なうための誘電体層が、反射層とを含んで構成されている。
上記記録は、記録層における反射率の異なる2つの部分から構成され、一方が記録マーク、他方がブランクと称されているが、再生用レーザ光の波長をλ、対物レンズの開口数をNAとした場合に、前記記録マークは、レーザ光の走査方向の大きさで、解像限界のλ/4NAよりも大きい場合に再生が可能である。
一般的に、光を用いた再生方法では、ある記録マーク列周期以下の周期の記録マーク列は読取りが不可能になる。この記録マーク列周期の長さを回折限界という。波長λ、開口数NAと再生光学系では、回折限界はλ/NA/2で与えられ、一周期の中で記録マーク部とブランク部の長さが同一だとすると、記録マーク長はλ/NA/4で与えられる。この記録マーク長を解像限界という。
上記のような光記録媒体において、記録の高密度化を図るためには、波長λを短くするかNAを高くする必要があるが、いずれも限界がある。
これに対して、上記のような超解像光記録媒体が提案されているが、その1つとして、光記録媒体に、再生用レーザ光のスポットを小さくするための構造を付加する方法が提案されている。例えば、レーザ光照射に伴う温度上昇により液相化する材料や禁制帯幅が変化する半導体材料を用いることが検討されている。
しかしながら、いずれの場合でも、光記録媒体に照射する再生用レーザ光のパワーによって光スポットの大きさが変化するため、記録マークの大きさ毎に超解像再生のための最適なレーザパワーを決定しなければならないという問題点があった。
特開2003−6872号公報
この発明は、光記録媒体において、超解像再生のためのレーザ光の照射パワーが、記録マークの大きさに依存しないようにすることを解決課題とする。
本発明者は、鋭意研究の結果、記録層に接近して、所定の照射パワーでの、1〜300秒間のDC光照射時にボイドを発生する材料からなる超解像層を設けることによって再生用レーザ光の照射パワーが、記録マークの大きさに依存しないようにできることを見出した。
即ち、以下の本発明により上記課題を解決することができる。
(1)基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層は、所定の照射パワーでの、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生する材料から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
ここで、DC光とは,少なくとも該記録媒体に記録される信号列中の最も高い周波数列よりも,低い周波数での光強度の変調をおこなわずに一定の光強度で照射された光である。
(2)基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層は、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生するような所定の照射パワーを有する材料から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
(3)前記超解像層は、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの単一周波数の記録マークが形成されている記録層にDC光を照射し、且つ、その照射パワーを、前記ボイドが発生する所定の照射パワーよりも小さいパワーから大きいパワーまで変化させたときの再生信号における搬送波対雑音比が、デシベル単位で少なくとも3倍となる材料から構成されていることを特徴とする(1)又は(2)に記載の光記録媒体。
(4)前記超解像層は、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの単一周波数の記録マークが形成されている記録層にDC光を照射し、且つ、その照射パワーを変化させたときの再生信号における搬送波対雑音比が、デシベル単位で少なくとも3倍の違いが現われ照射パワーの間に、前記ボイドが発生する所定の照射パワーを有する材料から構成されていることを特徴とする(1)又は(2)に記載の光記録媒体。
(5)前記超解像層は、Sb、Bi、Te、Zn、Sn、Ge、Siのいずれかの化合物から構成されていることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の光記録媒体。
(6)前記材料に、Ag、Inの少なくとも一方が含まれていることを特徴とする(5)光記録媒体。
(7)基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層が、所定の照射パワーでの、1〜300秒間の再生光照射によりボイドを発生する材料から構成されていて、前記記録層には、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの記録マークが形成されている光記録媒体に対して、前記ボイドが発生する照射パワーよりも大きい照射パワーでの再生光照射によって、前記記録マークの情報を再生することを特徴とする光記録媒体の情報再生方法。
(8)基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層が、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生するような所定の照射パワーを有する材料から構成されていて、前記記録層には、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの記録マークが形成されている光記録媒体に対して、前記ボイドが発生する照射パワーよりも大きい照射パワーでの再生光照射によって、前記記録マークの情報を再生することを特徴とする光記録媒体の情報再生方法。
(9)基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層が、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生するような所定の照射パワーを有する材料から構成されていて、前記記録層には、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの記録マークが形成されている光記録媒体に対して、前記ボイドが発生する照射パワーのDC光を再生パワーとすることを特徴とする光記録媒体の情報再生方法。
本発明においては、超解像記録マークが形成された光記録媒体の再生に際して、再生光の照射パワーを、記録マークの大きさに依存させることなく、超解像再生をすることができる。
最良の形態の光記録媒体は、基板上に、第1の誘電体層、記録層、第2の誘電体層、超解像層をこの順で形成してなり、超解像層は、Ag、In、Sb、Teを含む材料から構成され、且つ、この材料は、所定の照射パワーでの、1〜300秒間の再生波長のDC光照射によってボイドを発生するように、あるいは1〜300秒間の、再生波長のDC光照射によってボイドを発生するような所定の照射パワーを有するように構成されている。
ここで言う「1〜300秒間」とは、もちろん臨界性を有するものではなく、媒体の構成組成によって適する照射時間が異なることを考慮し、短い場合は照射後すぐに、長い場合は長時間の照射によってボイドが発生するという状況を、種々確認した結果から導かれた、ボイドが発生すると思われる十分な照射時間を表すものである。
また、「所定の照射パワー」とは、前記照射時間の間においても、全ての照射パワーでボイドが発生するわけではないことから、種々照射パワーを適用して確認する場合においてボイドが発生することが確認できる照射パワーを「所定の照射パワー」とするものである。
ここで、ボイドとは、一定の時間、所定の照射パワーで再生光を照射することにより超解像層内に発生する構造である。具体的には、ボイドを含む超解像層を、例えば透過型電子顕微鏡で断面を測定したときに、白いコントラストで与えられる構造であり、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型X線分光(Energy Dispersive X−ray Spectroscopy:EDS)装置等の分析により実質的に元素の強度を持たない構造である。また,ボイドは、例えば光学顕微鏡の透過像で観察されたときも、白いコントラストで与えられる。さらに、ボイドは、光ディスク評価装置では、記録部・未記録部を問わず、所定の照射パワーでの再生光照射によりオシロスコープ上に観察されるスパイク状のノイズで確認でき、一旦発生すると、所定照射パワー未満のパワーの再生光照射では消滅せず、所定照射パワーより高いパワーでの再生光照射で消滅するという特徴を有する。本願では,以上の3通りのいずれか1つの状態を満たす場合,ボイドが生成したものとする。
図1に示されるように、本発明の実施例1に係る光記録媒体10は、基板12上に第1の誘電体層14、記録層16、第2の誘電体層18、超解像層20、第3の誘電体層22をこの順で積層した構成とされている。
前記基板12は、例えばポリカーボネートから形成されている。又、前記第1の誘電体層14、第2の誘電体層18、及び、第3の誘電体層22は、ZnS−SiO2、ZnS、ZnO等の、半導体や金属の酸化物、硫化物等から構成されている。
又、前記記録層16は、PtOx等の、白金と酸化に熱分解した結果、その部分の光学定数が変化する材料から構成されているが、PtOxに限定されるものでなく、記録用レーザ光の照射によって、光学定数が変化し、且つ、前記超解像層20にボイド(詳細後述)が生成する照射パワーよりも高い照射パワーの再生用レーザ光の照射において、記録層16に形成された記録マークが消失しない材料であればよい。
前記超解像層20は、所定の照射パワーでの再生光の、1〜300秒間の照射によりボイドが生成する材料からなり、Sb、Bi、Teのいずれかの単体、あるいは、Sb、Bi、Te、Zn、Sn、Ge、Siのいずれかの化合物、たとえば、前記いずれかの単体を一方に含むSb−Zn又はTe−Ge、Sb−Te、Sb−Bi、Bi−Te、Sb−Bi−Teのいずれかの化合物、のうち一つの材料から構成されている。
前記所定の照射パワー及び再生光の照射時間は、材料毎に実際に照射して、ボイドの発生を確認して決定する。ボイドの発生は、後述の、透過型電子顕微鏡による観測、光学顕微鏡による観測、EDS分析あるいは光ディスク評価装置とオシロスコープにより確認するが、透過型電子顕微鏡による場合は、他の場合と比較して解像度が高いので、より短い時間の再生光照射によってもボイドを確認できる。
なお、他の材料であっても、再生用レーザ光の波長に対して不透明であって、且つ熱伝導率が低い材料であればよい。
更に、超解像層20の材料として、上記の材料に、Ag、Inの少なくとも一方が含まれているものであってもよい。
実際には、前記基板12上に形成した第1、第2、第3の誘電体層14、18、22を、それぞれ、(ZnS)85(SiO215の材料であって、その厚みをそれぞれ140nm、40nm及び100nmとし、更に、記録層16を厚み4nmのPtOxとし、超解像層20を、厚み60nmのAg6In4.4Sb61Te28.6として、光記録媒体10を構成した。
この光記録媒体10に対して、レーザ波長が635nm、開口数NAが0.60の再生光学系からなる光ディスク評価装置(パルスティック工業株式会社製、DDU−1000)を用いて、線速6m/sにおいて、4.0mWの照射パワーで再生用レーザ光を60秒間照射した後、その断面を透過型電子顕微鏡で観測した。
観測された透過型電子顕微鏡像は図2に示されるようになり、前記超解像層20には、白いコントラストで与えられるボイド24、即ち、EDS分析にて実質的に元素の強度を持たない部分が形成されていることを確認した。更に、図3に示されるように、光学顕微鏡による光記録媒体の透過光像においても、白いコントラストで与えられるボイド24を観測することができた。
図3において、列状の長円形(輝点)部分はマーカー25であり、ボイド24は、2本のマーカー25の間にあるランダムな小さい白い部分(輝点)である。
更に又、図4に示されるように、前記光ディスク評価装置で使用するオシロスコープにおいて観測された反射光強度を示す線図においても、符号Aで示される帯状部分の幅が反射光強度を示し、符号Bで示される領域で、ボイド24によるスパイク状のノイズが発生し,反射光強度が低下している部分が観察された。
前記ボイド24は、再生用レーザ光の照射パワーを所定の照射パワーで所定の時間照射させたトラック内でランダムに発生が観測された。又、照射パワーを大きい状態から所定の照射パワーまで小さくして一定時間維持したときもボイドが発生した。なお、最初から所定照射パワーよりも高い照射パワーで再生用レーザ光を照射した場合は、ボイドの発生を確認することができなかった。又、一旦発生したボイドも、照射パワーが、所定の照射パワーよりも大きい再生用レーザ光で一定時間照射した場合は消失した。
次に、前記光記録媒体10に、再生光学系における解像限界以下の大きさの200nmの記録マークを形成して、これを、図5に示されるように、再生用レーザ光の照射パワーを再生した。
その結果、照射パワーが3.7mWでは、搬送波対雑音比が8dBであったのに対して、照射パワーが4.6mWにおいて、搬送波対雑音比は45dBであった。
実施例1の光記録媒体10においては、再生信号における搬送波対雑音比がある領域の照射パワーの前後で少なくとも3倍の変化を観測することができたので、これをボイド発生が可能な照射パワーと考えることができる。具体的には、4.0mWであり、実施例1の光記録媒体10は、照射パワー4.0mW、60秒間の照射でボイドが生成した。又、4.6mWの照射パワーの再生光照射によって、実施例1に係る光記録媒体10では、超解像再生が可能であった。本願では、実用的な信号強度の観点から、搬送波対雑音比が30dB以上のときに超解像再生が可能であるとする。
前記200nmの記録マークを形成した光記録媒体10に、線速6m/sで、4.0mWの照射パワーで再生用レーザ光を1秒間照射した後、その断面を透過型電子顕微鏡で観測した結果を図6に示す。この図からも超解像層内にボイドが形成されていることが分かる。即ち、ボイドの形成は媒体内の記録マークの形成の有無に関わらず生じる。
次に、本発明の実施例2について説明する。
この実施例2は、前記実施例1の場合と同様の構成の光記録媒体であって、第1〜第3の誘電体層、および記録層の材料は同一であり、超解像層の厚みが、実施例1では60nmであったのに対して、実施例2では15nmとし,組成をSbTeとした点において相違する。
この実施例2の光記録媒体に、再生光学系における解像限界よりも小さい200nm及び100nmの記録マークを形成し、再生時において再生用レーザ光の照射パワーを変化させ各段階での照射時間をボイドの発生がオシロスコープ上で充分に観察できる60秒間としたところ、照射パワーが3.4mWのときボイドが発生した。又、200nm及び100nmのどちらの記録マークの場合でも、2.8〜3.4mWに搬送波対雑音比の立ち上がりが観測され、照射パワーが3.4mWよりも高いときにボイドを生じることなく安定に超解像再生が可能であった。図7に、200nmの記録マークの場合の観測結果を示す。
又、実施例2に係る光記録媒体に対して、実施例1の場合と同一の光ディスク評価装置を用い、線速4m/sにおいて、図4に示されると同様の反射光強度変化観測をしたところ、照射パワーが3.4mWの領域でオシロスコープ上にスパイク状のノイズが確認された。
なお、上記実施例において、超解像層20は、記録層16に対して光入射側に配置されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、実施例1、2において記録層16と超解像層20とを入れ替えて構成してもよい。
図8に示されるように、本発明の実施例3に係る光記録媒体30は、1.1mmの基板32上に反射層34、第3の誘電体層36、超解像層38、第2の誘電体層40、記録層42、第1の誘電体層44をこの順で積層し、その後、紫外線硬化型樹脂をスピンコーティングで塗布し紫外線により硬化し、0.1mmの厚みの光透過層46を設けた構成とされている。
この実施例3では、反射層34として厚み40nmのAg−1.0mol%Pd−1.0mol%Cu合金を用い、超解像層38は、厚み15nmのSb−Te合金Sb75Te25を用いている他は、実施例1と同様の材料を用いている。また、各誘電体層の厚みは、第3の誘電体層36は20nm、第2の誘電体層40は20nm、第1の誘電体層44は100nmとした。
この光記録媒体30を、レーザ波長が405nm、開口数NAが0.85の再生光学系からなる光ディスク評価装置(パルスティック工業株式会社製、DDU−1000)を用いて、照射パワーを変えて、再生用レーザ光を、ボイドの発生をオシロスコープ上で充分に観察できる60秒間照射したところ、2.0mWでボイドが発生した。
前記光記録媒体30に、解像限界(本再生光学系では119nm)よりも小さい75nmの記録マークを形成し、線速4.9m/sにおいて、再生時において再生用レーザ光の照射パワーを前記照射パワー2.0mWを中心として段階的に変化させて搬送波対雑音比を測定した結果を図9に示す。図9から明らかなように、2.0mWが所定の照射パワーであり、この所定の照射パワーよりも高い2.4mWの再生パワーの照射により45dB以上の搬送波対雑音比が得られている。
なお、最初から2.0mWよりも高い照射パワーである2.4mWの再生用レーザ光を照射した場合は、ボイドの発生を確認することができなかった。又、図10(A),図10(B)に示すように、照射パワーが2.0mWにて一旦発生したボイドも(スパイク状のノイズの発生によってそれと確認できる)、それより大きい再生パワー(2.4mW)で照射した場合は、スパイク状のノイズが消失した。
〔比較例1〕
次に、ボイドが発生しない光記録媒体(比較例)について説明する。
この比較例は、前記実施例3の場合と同様の構成の光記録媒体であって、第1〜第3の誘電体層、記録層及び反射層の材料と膜厚は同一であり、超解像層の材料を、実施例3では厚み10nmのSb75Te25であったのに対して、比較例1では厚み10nmのSnとした点においてのみ相違する。
この光記録媒体を、レーザ波長が405nm、開口数NAが0.85の再生光学系からなる光ディスク評価装置(パルスティック工業株式会社製、DDU−1000)を用いて、該光記録媒体に対して、超解像限界(本再生光学系では119nm)よりも小さい75nmの記録マークを記録し、線速4.9m/sにおいて、再生時において再生用レーザ光の照射パワーを変化させて搬送波対雑音比を測定した結果を図11に示す。図11から明らかなように、照射パワーが0.9〜1.0mWの領域で立ち上がりが見られるが、この領域よりも高い1.4mWのパワーでの再生光照射では27dBの搬送波対雑音比しか得られていない。即ち超解像再生ができないことになる。
又、この比較例の光記録媒体に、一定の時間、前記0.9mW照射パワーで照射し、オシロスコープで測定しても、ボイド24に起因するスパイク状のノイズの発生は観察されなかった。即ち、ボイドは発生していなかった。
本発明の実施例1に係る光記録媒体の要部を模式的に拡大して示す断面図 同実施例1に係る光記録媒体にボイドが生成した状態を示す透過型電子顕微鏡による断面像 同光記録媒体の光学顕微鏡による透過光像 同ボイドが生成した光記録媒体を、光ディスク評価装置により観察した反射光強度変化を示す線図 同実施例1の光記録媒体における再生用レーザ光の照射パワーとその再生用レーザ光による再生信号における搬送波対雑音比との関係を示す線図 超解像記録マークを形成した実施例1の光記録媒体に再生用レーザ光を照射した後の透過型電子顕微鏡による断面像 同実施例2の光記録媒体における、図5と同様の再生用レーザ光の照射パワーと搬送波対雑音比の関係を示す線図 本発明の実施例3に係る光記録媒体の要部を模式的に拡大して示す断面図 同実施例3の光記録媒体における再生用レーザ光の照射パワーとその再生用レーザ光による再生信号における搬送波対雑音比との関係を示す線図 同光ディスク評価装置において、再生光の照射パワーを変えた場合の、観察した反射光強度変化を示す線図 比較例における、再生用レーザ光の照射パワーと搬送波対雑音比の関係を示す図9と同様の線図
符号の説明
10、30…光記録媒体
12、32…基板
14、44…第1の誘電体層
16、42…記録層
18、40…第2の誘電体層
20、38…超解像層
22、36…第3の誘電体層
34…反射膜
46…光透過層
24…ボイド

Claims (9)

  1. 基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層は、所定の照射パワーでの、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生する材料から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
  2. 基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層は、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生するような所定の照射パワーを有する材料から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
  3. 請求項1又は2において、
    前記超解像層は、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの単一周波数の記録マークが形成されている記録層にDC光を照射し、且つ、その照射パワーを、前記ボイドが発生する所定の照射パワーよりも小さいパワーから大きいパワーまで変化させたときの再生信号における搬送波対雑音比が、デシベル単位で少なくとも3倍となる材料から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
  4. 請求項1又は2において、
    前記超解像層は、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの単一周波数の記録マークが形成されている記録層にDC光を照射し、且つ、その照射パワーを変化させたときの再生信号における搬送波対雑音比が、デシベル単位で少なくとも3倍の違いが現われ照射パワーの間に、前記ボイドが発生する所定の照射パワーを有する材料から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
  5. 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
    前記超解像層は、Sb、Bi、Te、Zn、Sn、Ge、Siのいずれかの化合物から構成されていることを特徴とする光記録媒体。
  6. 請求項5において、
    前記材料に、Ag、Inの少なくとも一方が含まれていることを特徴とする光記録媒体。
  7. 基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層が、所定の照射パワーでの、1〜300秒間の再生光照射によりボイドを発生する材料から構成されていて、前記記録層には、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの記録マークが形成されている光記録媒体に対して、前記ボイドが発生する照射パワーよりも大きい照射パワーでの再生光照射によって、前記記録マークの情報を再生することを特徴とする光記録媒体の情報再生方法。
  8. 基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層が、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生するような所定の照射パワーを有する材料から構成されていて、前記記録層には、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの記録マークが形成されている光記録媒体に対して、前記ボイドが発生する照射パワーよりも大きい照射パワーでの再生光照射によって、前記記録マークの情報を再生することを特徴とする光記録媒体の情報再生方法。
  9. 基板と、この基板上に形成された、少なくとも記録層及び超解像層と、を有してなり、前記超解像層が、1〜300秒間のDC光照射によりボイドを発生するような所定の照射パワーを有する材料から構成されていて、前記記録層には、再生に供する再生光学系における解像限界以下の大きさの記録マークが形成されている光記録媒体に対して、前記ボイドが発生する照射パワーのDC光を再生パワーとすることを特徴とする光記録媒体の情報再生方法。
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