專利名稱：Cd/dvd兼容光盤結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高密度數(shù)字光存儲技術領域，特別涉及具有兼容性的光盤結構設計。
與磁盤存儲技術不同，光盤存儲技術主要采用了光盤盤片與驅動器分離的方式，即光盤盤片制造和驅動器的設計都符合同一標準。這種方式的既保證了光盤盤片的互換性，又極大地提高了光盤靈敏性并降低了光存儲的成本。但這種方式確存在著不同密度光盤之間兼容性的問題。在光盤提高密度的情況下，就會出現(xiàn)原有驅動器無法瀆取新的高密度光盤，而新的高密度光盤的驅動器無法讀取原先的光盤。目前，光盤存儲技術正從CD級光盤向DVD級光盤的過渡階段。盤片的兼容性問題表現(xiàn)得非常明顯。CD級光盤和DVD級光盤的存儲機理完全相同，都是通過盤片上的坑點形貌實現(xiàn)記錄的，
圖1(a)表示CD級光盤的坑點形貌而圖1(b)表示DVD級光盤的坑點形貌。從圖中可以看出兩種光盤形貌上的不同只是在于DVD的坑點尺寸較CD的小，CD的道11間距是1.6μm，最小坑點12大小為0.84μm而DVD的道13間距是0.74μm，最小坑點14大小為0.4μm，從而提高了存儲密度和容量。同時，CD與DVD兩類光盤在結構上也是相似的。如圖2(a)所示，CD的盤片的結構是有聚碳酸脂的盤基23，鋁反射層22和由UV膠構成的保護層21。DVD光盤的結構如圖2(b)所示，DVD光盤為了擴大容量采用了兩面結構，有兩個半盤片。每個半盤片的結構與CD相同，即由聚碳酸脂的盤基36，鋁反射層35和由UV膠構成的保護層34構成，兩個半盤片有一層樹脂粘結層粘合。如果其中一個半盤片為白盤片，稱為啞盤基24，這個光盤為單面DVD光盤(DVD5)，如果兩個半盤片都具有如上的完整結構，這種DVD光盤的兩面都可以被讀取，稱為雙面DVD光盤(DVD10)。兩種DVD光盤機理完全相同。為了讀取相應的不同密度的光盤，CD和DVD光盤驅動器采用了不同的激光波長(λ)和物鏡數(shù)值孔徑(NA)。對于CD)級驅動器，采用的波長為780nm而數(shù)值孔徑為0.45，對于DVD級驅動器，采用的波長為635/650nm，而數(shù)值孔徑為0.6。這樣CD級的驅動器不能讀取DVD級光盤，同樣DVD級的驅動器也不能讀CD級的光盤。這樣，在光存儲中，不同代光盤之間的兼容性問題比較突出。
為了解決這種兼容性的問題，目前主要的途徑是通過改變驅動器來實現(xiàn)的。這種方法的代表性的使用就是在目前的DVD驅動器中采用的雙光學頭方式，也就是采用二個完全獨立的DVD、CD讀取激光頭，擁有二套完全獨立的物鏡，此種方案中兩套光學系統(tǒng)相互獨立，在讀盤時通常是先用DVD光學頭試讀，如發(fā)現(xiàn)不是DVD盤片，則轉動一個機械轉換系統(tǒng)換CD光學頭讀取。這樣使得DVD驅動器可以讀取DVD和CD兩類盤片。但這種方式有兩個局限性，一個是價格方面，由于系統(tǒng)需要兩套光學頭，加大了成本；另一方面，在這種體系中CD盤盤片仍然是CD級的容量。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，設計出一種CD/DVD兼容光盤結構，通過改變盤片，使盤片具有兼容性，可同時適應目前存在著的CD和DVD兩種驅動器，且都可以獲取高的密度。
本發(fā)明提出的一種CD/DVD兼容光盤結構，包括反射層與盤基構成的下半盤片，其特征在于，在所說的下半盤片的反射層與盤基之間加入一光致變色掩膜層，通過粘結層與另一個半盤片相粘結構成兼容光盤的結構，該光致變色掩膜層的材料在780nm波長附近有吸收峰，而對于650和635nm波長則是全透。
所說的另一個半光盤片可為啞盤基；也可與所說的下半盤片結構相同。
所說的光致變色掩膜層可采用了雜環(huán)取代的俘精酸酐衍生物做成。
本發(fā)明的基本工作原理對于DVD光盤播放系統(tǒng)來說，由于掩膜層對于它們所用的激光全透，所以這類盤片在DVD播放機中與普通的只讀DVD光盤完全相同。而對于CD播放機來說，掩膜的存在使得在CD級光學系統(tǒng)下獲取了DVD級“讀出窗”，使得在CD播放機中也可以讀取這種盤片。
由于這種光盤是以DVD光盤盤片為基礎，所以在DVD播放系統(tǒng)中播放不存在問題。主要要保證這種光盤在CD級驅動器中可順利讀取。
DVD光盤的坑點尺寸較之CD級的光盤坑點減小很多。表1是CD和DVD盤片上不同8-14調制(EFM)下掃描長度的空間頻率。
表1 CD與DVD光盤坑點尺寸空間頻率對比表
表中CD級NAλ=0.45780nm=5.77×105,]]>DVD級NAλ=0.6650nm=9.23×105]]>從表1中可以看出，DVD最小坑點尺寸3T的長度在DVD級的光學系統(tǒng)中為1.3542NA/λ，在無像差光學傳遞函數(shù)中幅值為0.2093?？紤]到光盤中的噪聲情況，這一幅值可以滿足要求但所留余量很小。在CD光學系統(tǒng)中，DVD盤片最小坑點的空間頻率為2.1667 NA/λ，這一頻率已經超過了空間截止頻率2 NA/λ。所以CD級的光學系統(tǒng)無法讀取DVD級光盤的坑點。空間截止頻率是空間分辨率的重要標志，DVD級的光學系統(tǒng)的空間截止頻率為CD級空間截止頻率的1.6倍。通過計算，可以得出帶有光致變色掩膜的光盤的最優(yōu)光學傳遞函數(shù)MTF曲線，如圖4中的虛線所示。圖4中的橫坐標fx的單位是CD級的NA/λ。圖4中的實線是不帶掩膜光盤系統(tǒng)的MTF，可見帶有掩膜的光盤在空間分辨率上明顯高于普通的只讀光盤。帶有掩膜的光盤的空間截止頻率約為4.2NA/λ，所以通過加入光致變色掩膜，光盤的空間分辨能力最多可提高2.1倍，超過DVD系統(tǒng)較之CD系統(tǒng)提高的倍數(shù)?？梢娡ㄟ^光致變色掩膜可以實現(xiàn)CD驅動器中讀取這種具有DVD密度的掩膜光盤。
由于掩膜光盤的光學系統(tǒng)特性與讀取時的轉速和功率有關，所以只要控制讀取時的速度和功率，使用光致變色掩膜使得在光盤讀出面上產生適宜的“讀出窗”，使得帶有“讀出窗”的光學系統(tǒng)傳遞函數(shù)在CD級的空間頻率2.1667 NA/λ處有不小于DVD光學系統(tǒng)在這個空間頻率上的幅值傳遞函數(shù)的值0.28，CD系統(tǒng)便可有效的讀取這種光盤。
附圖簡要說明圖1為一般的CD級與DVD級光盤坑點形貌比較示意圖。
圖2為只讀CD和DVD的盤片結構示意3為本發(fā)明的CD/DVD兼容光盤結構示意圖。
圖4為通過光致變色掩膜能達到的光盤超分辨極限圖5為實例采用的雜環(huán)取代的俘精酸酐衍生物光致變色反應通式圖6為CD/DVD兼容光盤MTF與DVD系統(tǒng)的MTF本發(fā)明的一種CD/DVD兼容光盤實施例結合附圖詳細說明如下本實施例盤片的結構如圖3所示，是在普通的DVD光盤的盤片的反射層34與盤基36之間加入一光致變色掩膜層35。由此構成的半盤片通過粘結層33與另一個半盤片1相粘結構成兼容光盤的結構。當另一個半光盤為啞盤基31時，這種兼容盤是與目前常用的單面DVD光盤DVD5相兼容，而當另一個半盤片是與下面的盤片結構相同時，是與雙面DVD光盤DVD10相兼容的盤片。本實施例的CD/DVD兼容光盤的光致變色掩膜層35采用了雜環(huán)取代的俘精酸酐衍生物做成超分辨掩膜。這種掩膜材料的光致變色反應通式如圖5所示，其中UV是紫外光(250~400nm)，Vis-IR是近紅外光(600~850nm)。光致變色化合物A在紫外光照射下變?yōu)榛衔顱，B可以吸收紅光和近紅外光。當B受紅光和近紅外光輻射時，又可返回到A。這種循環(huán)過程可以多次往返。
為了保證DVD光盤的數(shù)據傳輸率，光盤的線速度為DVD的標準掃描速度3.49m/s。實驗用光致變色掩膜材料的介質靈敏度Cdye，約為23000l/mol.cm。其初始透射率Tini=0.1，在其它介質吸收的條件下，充足曝光的最大透射率Tj=0.8。實驗中，當最大透射率達到變化量的99％(透射率達到0.79)以上時，認為讀出窗被完全開啟。由此得出當入射功率大于10.2mW時，掩膜被開啟，并可以讀取盤片信息。這樣，10.2mW是這種光盤讀取的功率下限。
依據超分辨掩膜光盤的特性，在“讀出窗”被開啟后，“讀出窗”的尺寸隨輸入光功率的增大而線性平穩(wěn)增大。實際有效光斑也就增大，光盤讀出系統(tǒng)的分辨率也就逐漸的降低。由此，雖然掩膜層需要一定入射光功率來開啟，但讀盤時也不是入射光功率越大越好。當入射光功率增加時，保證光學系統(tǒng)傳遞函數(shù)在CD級的空間頻率2.1667NA/λ處有不小于0.28的幅值傳遞函數(shù)?？汕蟪鯟D/DVD兼容光盤讀出系統(tǒng)的最大讀取功率為16.7mW。
圖6顯示了本實施例的CD/DVD兼容盤片的兩個極限功率下(由“讀出窗“開啟條件所確定了最小功率10.2mW和由DVD最小坑點尺寸處MTF值所確定的16.7mW)的MTF曲線與DVD級光學系統(tǒng)的MTF。圖中的橫坐標fx的單位是CD級的NA/λ。圖中實線為DVD光學系統(tǒng)的MTF，虛線為帶有掩膜CD/DVD兼容光盤在最大讀取功率下的MTF，而點劃線為CD/DVD兼容光盤在最小讀出功率下的MTF。最小讀出功率的條件下，與前面給出的掩膜盤片極限存儲密度相符。此時的空間截止頻率為4.2NA/λ，在工作頻段內，MTF的幅值要優(yōu)于DVD級光學系統(tǒng)很多。最大讀取功率下，掩膜光盤系統(tǒng)與DVD級光學系統(tǒng)具有相似的MTF。它們在DVD最小坑點(3T坑長，2.1667NA/λ=0.4μm)處，具有相同的幅值。由系統(tǒng)的連續(xù)性，在工作功率范圍內，MTF在兩個極限功率下的MTF之間，其性能均優(yōu)于DVD光學系統(tǒng)。由于DVD光學系統(tǒng)較之CD光學系統(tǒng)提高的倍數(shù)為1.6，低于掩膜盤片的所能提高密度極限2.1倍較多，所有工作的功率范圍比較廣。功率控制較為容易。
從實施例可以看出，光致變色掩膜的使用可以提高系統(tǒng)的分辨率，CD和DVD的兼容讀取。但CD系統(tǒng)讀取這種光盤時，入射光功率的需求則要大得多，通常的只讀光盤光學頭功率為一般小于1mW。但有機光致變色材料的靈敏度有很大的提高空間，最新的二菁基取代俘精酸酐的靈敏度就大為提高，可在1mW下實現(xiàn)超分辨讀取。
由于有機光致變色染料的旋涂可以采用與CD-R和DVD-R光盤盤片有機染料旋涂相同的設備，而其它設備與只讀光盤的制造設備相同，在制作上不存在任何困難。實際上，本實施例中就是借助實際生產線制成的。
可見，這種CD/DVD兼容光盤在材料上、實際制造和播放上面不存在任何理論上的障礙，是切實可行的光存儲方案。
權利要求
1.一種CD/DVD兼容光盤結構，包括反射層與盤基構成的下半盤片，其特征在于，在所說的下半盤片的反射層與盤基之間加入一光致變色掩膜層，通過粘結層與另一個半盤片相粘結構成兼容光盤的結構，該光致變色掩膜層的材料在780nm波長附近有吸收峰，而對于650和635nm波長則是全透。
2.如權利要求1所述的CD/DVD兼容光盤結構，其特征在于，所說的另一個半光盤片為啞盤基。
3.如權利要求1所述的CD/DVD兼容光盤結構，其特征在于，所說的另一個半光盤與所說的下半盤片結構相同。
4.如權利要求1所述的CD/DVD兼容光盤結構，其特征在于，所說的光致變色掩膜層采用了雜環(huán)取代的俘精酸酐衍生物做成。
全文摘要
本發(fā)明屬于高密度數(shù)字光存儲技術領域,其特點是在下半盤片的反射層與盤基之間加入一光致變色掩膜層,通過粘結層與另一個半盤片相粘結構成兼容光盤的結構,該掩膜層的材料在780nm波長附近有吸收峰,而對于650和635nm波長則是全透。本發(fā)明是可被CD級和DVD級同時讀取的兼容光盤的結構。使得CD和DVD級驅動器都可以讀取這種光盤,并獲得DVD級的密度。本發(fā)明將有助于提高光盤存儲升級過程盤片的兼容性。
文檔編號G11B7/24GK1289117SQ0012979
公開日2001年3月28日 申請日期2000年10月13日 優(yōu)先權日2000年10月13日
發(fā)明者徐端頤, 馬立軍, 成先富 申請人:清華大學