專利名稱：光盤以及光盤再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過對記錄標(biāo)記照射激光來再生信息的光盤，尤其涉及一 種具有用于再生分辨率極限以下的記錄標(biāo)記的附加構(gòu)造，由此一同再生分辨率 極限以上以及分辨率極限以下的記錄標(biāo)記的光盤。另外，本發(fā)明涉及一種光盤 再生裝置，尤其涉及一種可以再生包含分辨率極限以下大小的記錄標(biāo)記的光盤 再生裝置。
技術(shù)背景例如，Compact Disc ( CD)或Digital Video Disc (DVD)等光盤在基i反上 由記錄層、介質(zhì)層以及反射層構(gòu)成，所述介質(zhì)層進行用于通過激光讀出記錄的 反射率控制以及記錄層保護。記錄由反射率不同的兩個部分構(gòu)成，將其中一方稱為記錄標(biāo)記，在激光波 長為入以及物鏡的數(shù)值孔徑為NA的再生光學(xué)系統(tǒng)中，在記錄標(biāo)記在激光掃描 方向上的大小大于大約為光的衍射極限(人/2NA)—半的分辨率極限(入/4NA) 時可以進行再生。在這樣的光盤中，為了實現(xiàn)高密度化需要縮短波長入或提高NA,但是使 波長比目前使用的波長為405nm的激光短時，需要將目前使用的可視波長區(qū) 域透明材料變更為紫外波長區(qū)域透明材料，另外當(dāng)使NA高于0.85時，用于 激光照射以及反射光檢測的光拾波部與光盤之間的距離接近，由于意想不到的 接觸導(dǎo)致記錄數(shù)據(jù)損壞的危險性提高。作為對分辨率極限以下大小的記錄標(biāo)記進行再生的方法，提出了在光盤上 附加用于減小激光光斑的構(gòu)造的方法。作為該構(gòu)造，例如研究出使用隨著激光 的照射，溫度上升而變成液相的材料(參照下述專利文獻1 )或禁帶(forbidden band)寬度進行變化的半導(dǎo)體材料(參照下述非專利文獻l)。專利文獻l:專利第3160632號非專利文獻1: M. Yamamoto， G. Mori, H. Tajima, N. Takamori and A.Takahashi, Japanese Journal of Applied Physics 43,4959(2004) 發(fā)明內(nèi)容在任何情況下都會根據(jù)照射在光盤上的激光的功率，該光斑的大小變化， 所以需要對每個記錄圖形的大小決定用于超分辨率再生的最佳的激光功率。如圖1的本發(fā)明光盤的一個例子的斷面圖所示，本發(fā)明的光盤主要由記錄 層3和粘性變化的材料層5構(gòu)成。當(dāng)照射用于再生記錄層3上記錄的信息的激光時，粘性變化的材料層5 的結(jié)晶性薄膜的一部分軟化，由此該軟化部分的光學(xué)常數(shù)發(fā)生變化。此時，在 非軟化部分和軟化部分的邊界面產(chǎn)生光學(xué)常數(shù)的不連續(xù)面。在將激光作為光源 使用時，如圖2所示，會聚點內(nèi)部的光、或者由其產(chǎn)生的熱分布呈現(xiàn)稱為高斯 分布的正態(tài)分布的強度分布，所以光學(xué)常數(shù)的不連續(xù)面在光斑內(nèi)形成環(huán)狀或部 分環(huán)狀的特殊區(qū)域。通過該環(huán)狀或部分環(huán)狀的特殊區(qū)域，可以對分辨率極限以 下大小的記錄圖形使用與其以上大小的記錄圖形相等的信號強度進行再生。在本發(fā)明中，粘性變化的材料層5具有在光強度或溫度成為某閾值以上 時，在高溫區(qū)域粘性下降，由于物質(zhì)流動以及內(nèi)部應(yīng)力的均衡產(chǎn)生空隙的特征。 在此，所謂空隙是在粘性變化的材料層5中產(chǎn)生的空孔，并且認為內(nèi)部是真空 的?？障兜漠a(chǎn)生可以通過使用光學(xué)顯微鏡觀察反射率的降低(或透過率的提高) 或者使用穿透式電子顯微鏡觀察斷面來確認。在此過程中觀察到光學(xué)常數(shù)例如折射率、光盤的反射率以及透過率顯著地 變化，因此，如果預(yù)先使用光盤記錄區(qū)域以外的軌道來確認產(chǎn)生該變化時的光 強度，則可以決定超分辨率所需的折射率不連續(xù)的面產(chǎn)生時的閾值再生功率。在現(xiàn)有的^f吏用液相以及光的帶隙的超分辨率再生方法中，在為閾值以上的 光強度或溫度時產(chǎn)生用于超分辨率再生的區(qū)域(將這些稱為光孔徑型)，但是 這些區(qū)域是含有高溫區(qū)域的圓形或橢圓形狀，在光強度或溫度處于闊值以上 時，由于該強度，超分辨率區(qū)域(光孔徑直徑)也擴大，在讀出隨機混合了大 的圖形、小的圖形的信號記錄圖形時，需要根據(jù)該圖形控制光強度或溫度的復(fù) 雜的電路。但是，在本發(fā)明中，把在結(jié)晶材料的高溫低粘性區(qū)域和低溫高粘性區(qū)域的 邊界面產(chǎn)生的光學(xué)常數(shù)的不連續(xù)面用于超分辨率再生，由此不用對每個由隨機圖形組成的凹坑調(diào)整再生功率，可以通過唯一決定的再生激光功率，在所有長 度的凹坑以相同的信號強度進行再生。圖3表示該光盤一個例子的載波噪音比和再生激光功率的關(guān)系。如圖所示，在記錄了分辨率極限以下的200nm大小的標(biāo)記的狀態(tài)(在本實驗裝置中， 激光的波長為635nm,會聚透鏡的NA為0.60，所以分辨率極限為 635/4/0.60=265nm,無法再生200nm的標(biāo)記。)下，當(dāng)使用于再生的激光功率 變化時，取得以下的結(jié)果在為比折射率不連續(xù)的面產(chǎn)生時的4.0mW激光功 率高的、4.2mW以上的激光功率時，載波噪音比變?yōu)?0dB以上。另外，在其它公知的光超分辨率光盤中，超分辨率區(qū)域根據(jù)再生激光強度 而擴大，所以閾值功率產(chǎn)生1mW以上的波動，^a在本發(fā)明中因為使用了折射 率不連續(xù)的面，所以無論再生怎樣長度的凹坑，閾值寬度都為0.5mW以下。 即，如果一旦調(diào)整為大約比閾值高0.5mW左右的再生功率，則之后無需在再 生時進行調(diào)整。產(chǎn)生折射率不連續(xù)面的材料與現(xiàn)有的變?yōu)橐合嗷蚪麕挾冗M行變化的材 料不同，^人為通過晶相轉(zhuǎn)變(crystalline phase transition),構(gòu)成晶相(crystal phase)的元素的電子極化率變化而產(chǎn)生折射率不連續(xù)面。除此之外，還認為 由于在本發(fā)明的光盤內(nèi)部產(chǎn)生的薄膜間應(yīng)力，進行佩爾斯躍遷等金屬-非金屬 相轉(zhuǎn)變等，不過詳細的原因不明。但是，認為折射率不連續(xù)面的產(chǎn)生不僅取決 于現(xiàn)有的溫度分布，還取決于激光功率的分布。關(guān)于再生的原理，如圖2所示，在激光8射入要發(fā)生軟化的材料層5時， 通過激光功率的閾值以上的強度，在進行軟化的層5的一部分區(qū)域(激光的光 斑區(qū)域ll)中產(chǎn)生軟化區(qū)域9。軟化區(qū)域9與其他的區(qū)域相比光學(xué)常數(shù)(例如 折射率)不同。因此在邊界面光學(xué)常數(shù)不連續(xù)，如果根據(jù)傅立葉光學(xué)原理則表 示含有多個高空間頻率成分。因此，不連續(xù)面越薄越產(chǎn)生多個局部光。此時，光學(xué)常數(shù)的邊界面由作為激光的強度分布的高斯分布構(gòu)成，所以成為環(huán)狀10 或部分環(huán)狀。當(dāng)該環(huán)中產(chǎn)生的局部光離開軟化的層5時，由于相互的作用會聚 在某個部分13,從而恒定地保持矢量勢。該局部光的會聚點與軟化區(qū)域9的 大小無關(guān)，由軟化區(qū)域和其以外的區(qū)域的光學(xué)常數(shù)之差以及邊界面的厚度決 定。因此，如果在局部光的會聚點配置衍射極限以下的大小的已記錄的凹坑等，則可以通過會聚的局部光以較大的信號強度高靈敏度地再生微小的凹坑。如上所述，在本發(fā)明中，可以使用通過激光粘性進行變化的材料層中產(chǎn)生 的折射率不連續(xù)面，來再生分辨率極限以下各種大小的記錄標(biāo)記，尤其能夠不依據(jù)記錄標(biāo)記的大小，使用于進行超分辨率再生的激光功率恒定。另外，可以提供一種能夠進行載波噪聲比高的超分辨率再生的光盤。


圖1是用于對本發(fā)明的光盤的一實施例進行說明的斷面圖。 圖2是用于對本發(fā)明的光盤的再生原理進行說明的圖。圖3表示用于說明本發(fā)明的再生激光功率和載波噪聲比的關(guān)系。 圖4是用于對本發(fā)明的光盤的一實施例進行說明的斷面圖。 圖5是在本發(fā)明的光盤中產(chǎn)生了空隙時由穿透式電子顯微鏡得到的斷面 圖像。圖6是差示熱分析的S b2Te材料的溫度變化的圖。 圖7是S b2Te材料表面的反射率變化的圖。圖8是在光盤評價裝置中觀察到的示波器照片，該示波器照片表示在本發(fā) 明的光盤中高粘性的晶相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌驼承缘木鄷r產(chǎn)生的尖峰狀的反射率 噪音。圖9表示用于說明本發(fā)明的再生激光功率和載波噪聲比的關(guān)系。 圖10表示用于說明本發(fā)明的再生激光功率和載波噪聲比的關(guān)系。 圖11是用于對本發(fā)明的光盤的一實施例進行說明的斷面圖。 圖12表示在改變了第二介質(zhì)的膜厚時，用于表示本發(fā)明效果的再生信號 的載波噪聲比和記錄凹坑長的關(guān)系。 符號說明l基板；2第一介質(zhì)層；3記錄層；4第二介質(zhì)層；5粘性變化的材料層； 6第三介質(zhì)層；7預(yù)先形成了記錄的基板具體實施方式
以下使用實施例對用于實施發(fā)明的最佳實施方式進行說明。 如圖1中作為光盤的一個例子的斷面圖所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)為在基板l 上形成了第一介質(zhì)層2、記錄層3、第二介質(zhì)層4、粘性變化的材料層5、第三介質(zhì)層6。在圖l所示的例子中，在記錄層3和粘性變化的材料層5中，在接 近基板1的位置形成了記錄層3，但也可以替換記錄層3和粘性變化的材料層 5的位置，成為在基板1上形成了第一介質(zhì)層2、粘性變化的材料層5、第二 介質(zhì)層4、記錄層3、第三介質(zhì)層6的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，如圖4中作為光盤的一個例子的斷面圖所示，還可以在基板 7上預(yù)先形成記錄，例如凹凸?fàn)畹挠涗?，并且還可以成為在基板7上形成了第 一介質(zhì)層2、粘性變化的材料層5、第二介質(zhì)層4的結(jié)構(gòu)。在光盤評價裝置中，當(dāng)使本發(fā)明的光盤旋轉(zhuǎn)，對粘性變化的材料層5照射 用于進行再生的激光時，在為根據(jù)光盤的構(gòu)造產(chǎn)生折射率不連續(xù)面的激光功率 時，能夠確認產(chǎn)生空隙。在圖5中表示利用穿透式電子顯微鏡取得的空隙的發(fā) 生狀況。根據(jù)該空隙的產(chǎn)生，能夠確認材料層已從高粘性晶相向低粘性晶相轉(zhuǎn) 變?？障逗筒牧蠈拥倪吔缑嬖诓牧蠈由暇哂型沟男螤?，所以清楚地證明了材料 層由于內(nèi)部應(yīng)力一邊形成空隙一邊收縮，進行了內(nèi)部壓力的調(diào)整(參照圖5)。此時的溫度通過計算機仿真等確認為350。C至400。C左右，在到達熔點544 。C之前產(chǎn)生。即，可知沒有產(chǎn)生熔化。另外，還可以才艮據(jù)材料層的差示熱分析 等來確認已變化為粘性降低的晶相。圖6是被稱為Sb2Te的材料層的差示熱分析結(jié)果。使用塊狀顆粒(bulk pellet)進行了試驗，在400。C至50(TC的溫度呈現(xiàn)顯著的放熱反應(yīng)。該材料組 成的熔點根據(jù)相圖所示為544°C,發(fā)明人測定的熔點為541°C。因為已經(jīng)利用X射線分析等確認了顆粒為晶相，所以在400。C至500。C之 間產(chǎn)生的放熱峰值被認為是晶相已轉(zhuǎn)變?yōu)闃?gòu)造不同的其它晶相。此時，通過放峰值)，可認為在高溫狀態(tài)下變化為更穩(wěn)定的晶相。另外，圖7表示對于使用相同組成的顆粒測定到的溫度的反射率變化。反 射率的變化從300。C以上開始表示急劇的變化，因此根據(jù)圖6、圖7可知產(chǎn)生 折射率不連續(xù)面的溫度低于作為熔點的541°C。在本發(fā)明的光盤中，可以通過成為尖峰狀的反射率噪音來觀察空隙的生成 (參照圖8)。實施例1在該例子中，如圖1所示，在聚碳酸酯基板1上形成了 140nm的由(ZnS) 85 ( Si02 ) 15形成的第一介質(zhì)層2, 4nm的由PtOx形成的記錄層3, 40nm的由 (ZnS) 85 (Si02) 15形成的第二介質(zhì)層4， 60nm的由Ag6ln4.4Sb6,Te28.6形成的 粘性變化的材料層5，以及100nm的由(ZnS ) 85 ( Si02) 15形成的第三介質(zhì)層 6。在該例子中使用了由激光波長人為635nm,數(shù)值孔徑NA為0.60的光學(xué) 系統(tǒng)組成的光盤評價裝置(帕路斯(Pulstec )工業(yè)抹式會社制造、DDU-1000 )?；?的材料沒有特別的限定，可以使用玻璃制成的基板或塑料制成的基 板，例如聚碳酸酯基板等。在本實施例中使用了聚碳酸酯制成的基板。第一介質(zhì)層2、第二介質(zhì)層4以及第三介質(zhì)層6的材料起到保護相鄰的各 層，控制光盤內(nèi)的光強度分布的作用，作為主要成分可以使用半導(dǎo)體例如Si、 或者金屬例如鋅的氧化物、硫化物、氮化物、或者他們的組合，具體來說，可 以是Si。2、 Si3N4、 ZnO、 ZnS、 ZnS - Si02 (ZnS和Si02的混合物)。在本實施 例中使用了一般在記錄型DVD或CD中采用的作為介質(zhì)的(ZnS) 85 ( Si02)15。作為記錄層3的材料，舉出了將PtOx等熱分解為鉑和氧，結(jié)果該部分的 光學(xué)常數(shù)變化的材料，另外如果是通過激光光學(xué)常數(shù)變化，并且在為與粘性變 化的材料層5中產(chǎn)生空隙的激光功率相比高的激光功率時，在記錄層3上形成 的記錄不消失的材料即可，在本實施例中使用了 PtOx。作為粘性變化的材料層5的材料，為了通過吸收激光導(dǎo)致的加熱使高粘性 的晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榈驼承缘钠渌啵x擇具有對于激光波長不透明并且熱傳導(dǎo)率 低的特性的材料。作為滿足上述條件的材料舉出了 Sb、 Bi、 Te的各單質(zhì)；Sb -Te、 Sb-Bi、 Bi-Te、 Sb - Bi - Te的各化合物；以及含有各單質(zhì)中的某一 種單質(zhì)的Sb-Zn、 Te-Ge。另外，在滿足上述條件的材料中作為雜質(zhì)可以含 有Ag、 In、 Ge。在本實施例中，使用了在記錄型CD或DVD中采用的 Ag6In4.4Sb61Te28.6。如此在可以產(chǎn)生空隙的光盤中，當(dāng)在線速度為6m/s、激光功率為13.0-13.5mW、頻率為15MHz、占空比為50%的條件下記錄分辨率極限以下的200nm大小的標(biāo)記時，進行基于記錄層的PtOx熱分解的變形記錄。在記錄了上述200nm大小的標(biāo)記的狀態(tài)下，在與記錄時相同的線速度6m/s時，以4.0mW的激光功率觀測尖峰狀的反射率噪音(圖8)，在更高的4.6mW時，載波噪聲比穩(wěn)定地得到45dB的實用的信號強度。 實施例2在該例中也使用與實施例1相同的結(jié)構(gòu)，在聚碳酸酯基板1上形成了 140nm的由(ZnS) 85 ( Si02) 15形成的第一介質(zhì)層2, 4nm的由PtOx形成的 記錄層3, 40nm的由(ZnS ) 85 ( Si02) 15形成的第二介質(zhì)層4, 15nm的由Sb2Te 形成的粘性變化的材料層5，以及100nm的由(ZnS ) 85 ( Si02) 15形成的第三 介質(zhì)層6。與實施例l相比，粘性變化的層材料不同。對于如此形成的光盤使用與實施例1相同的光盤評價裝置，在線速度為 4m/s時，根據(jù)與圖8相同的尖峰狀的反射率噪音的觀測可知閾值再生功率為 3.4mW。記錄小于分辨率極限的200nm以及100nm的標(biāo)記，并且使用于再生的激 光功率變化，如圖9所示，無論在哪種情況下都觀測到在為2.8-3.4mW時載 波噪音比提高，在觀測到尖峰狀的反射率噪音的激光功率以上的激光功率時， 可以進行超分辨率再生。實施例3該例中在使用了上述圖4中說明的結(jié)構(gòu)時，在預(yù)先形成了形狀記錄 (geometricrecord)的聚碳酸酯基板7上形成了 50nm的由ZnO形成的第一介 質(zhì)層2， 15nm的由Sb2Te形成的粘性變化的材料層5，以及50nm的由ZnO形 成的第二介質(zhì)層4。預(yù)先形成了記錄的基板7的材料沒有特別的限定，可使用玻璃制的基板或 塑料制的基板，例如聚碳酸酯基板等。對于這樣形成的光盤使用與實施例1相同的光盤評價裝置，在線速度 3.5m/s時，根據(jù)與圖8相同的尖峰狀的反射率噪音的觀測可知閾值再生功率為 2.8mW。關(guān)于比分辨率極限小的150nm的標(biāo)記使用于再生的激光功率變化，如圖 IO所示，觀測到在為2.6-3.0mW時載波噪聲比上升，同樣，在觀測到尖峰狀的反射率噪音的激光功率以上的激光功率時，可進行超分辨率再生。 實施例4在該例中，如圖11所示在聚碳酸酯基板1上形成了 140nm的由(ZnS) 85 (Si02) 15形成的第一介質(zhì)層2,然后改變順序^f吏用SbsTe以15nm的膜厚形 成了粘性變化的材料層5。制作了6種不同的光盤，該6種不同的光盤為在材 料層5上形成了 20nm、 40nm、 60nm、 80nm、 100nm以及120nm的由(ZnS )85 (Si02) )5形成的第二介質(zhì)層4。在這些光盤上還形成了 4nm的由PtOx形成的記錄層3，最后作為保護層， 第三介質(zhì)層6使用了 60nm的(ZnS ) 85 ( Si02) 15。即使在改變了這樣的順序 的構(gòu)造中，粘性變化的材料層5也具有超分辨率特性，所以能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的目 的。對于這樣形成的6種不同的光盤使用與實施例1相同的光盤評價裝置，在 線速度2.0m/s時，根據(jù)與圖8相同的尖峰狀的反射率噪音的觀測來分別決定 閾值再生功率。將比閾值功率高0.5mW的功率作為本實施例4的再生功率。在這6種光盤中記錄大小不同的67nm至300nm的凹坑，并利用預(yù)先決定 的各自的再生功率來測定超分辨率的信號強度。在圖12中表示其結(jié)果。結(jié)果 可知，對于250nm以下的超分辨率信號，尤其在第二介質(zhì)的膜厚為20nm、 40nm、 60nm的情況下取得大的信號強度和高分辨率，其中尤其在20nm至 40nm時信號強度最大，局部光顯著會聚。另外，根據(jù)各種材料的試驗可知，由于構(gòu)成材料的元素以及組合的組成， 局部光會聚的焦點位置變化，在10nm至80nm的范圍內(nèi)局部光的會聚顯著， 可得到良好的信號強度。
權(quán)利要求
1.一種光盤，其特征在于，在基板上具有用于記錄信息的記錄層以及在光照射時粘性變化的材料層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光盤，其特征在于， 所述材料層的粘性根據(jù)光強度或溫度而變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光盤，其特征在于，通過對所述材料層的特定區(qū)域照射具有閾值以上的光強度的光，或者使該 特定區(qū)域成為規(guī)定溫度以上的溫度，由此使該特定區(qū)域成為比該特定區(qū)域以外 的區(qū)域粘性低的區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光盤，其特征在于，在所述特定區(qū)域和該特定區(qū)域以外的區(qū)域的邊界面，光學(xué)常數(shù)顯著地變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光盤，其特征在于，根據(jù)所述材料層的光學(xué)常數(shù)的變化，由穿透所述材料層或在所述材料層反聚
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光盤，其特征在于， 距所述材料層表面的距離x為IO納米以上，80納米以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6的任意一個所述的光盤，其特征在于， 根據(jù)所述材料層的光學(xué)常數(shù)的變化，讀出在所述記錄層中預(yù)先寫入的光學(xué)分辨率極限以下的微小圖形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一個所述的光盤，其特征在于， 所述材料層含有從Sb、 Bi以及Te中選擇出的至少一種元素。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光盤，其特征在于，作為雜質(zhì)，所述材料層含有從Ag、 In以及Ge中選擇出的至少一種元素。
10. —種再生裝置，用于權(quán)利要求1至9的任意一個所述的光盤，其特征 在于，通過引起所述材料層粘性下降的光強度或溫度以上的光強度或溫度，再生光學(xué)分辨率;f及限以下大小的記錄圖形。全文摘要
在現(xiàn)有的超分辨率再生方法中通過對光盤照射的激光的功率，其光斑的大小變化，所以需要對每個記錄圖形的大小決定用于超分辨率再生的最佳的激光功率。本發(fā)明的光盤主要由記錄層和粘性變化的材料層構(gòu)成。當(dāng)照射用于再生記錄層上記錄的信息的激光時，粘性變化的材料層的結(jié)晶性薄膜的一部分軟化，由此該軟化部分的光學(xué)常數(shù)變化，在軟化部的邊界面中產(chǎn)生光學(xué)常數(shù)的不連續(xù)面，在光斑內(nèi)形成環(huán)狀的特殊區(qū)域。由于該環(huán)狀的特殊區(qū)域，可以對分辨率極限以下大小的記錄圖形通過與其以上大小的記錄圖形相同的信號強度進行再生。
文檔編號G11B7/24GK101238513SQ200680028818
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者中野隆志, 富永淳二, 小林龍弘, 島隆之, 福澤成敏, 菊川隆, 金朱鎬, 黃仁吾 申請人:獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所;三星電子株式會社