專利名稱:多層光盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種多層光盤,其中用于存儲信息的信息存儲層以多層的形式構(gòu)成,該光盤通過改變讀取光的焦點可以由每一信息存儲層再現(xiàn)信息從而能夠處理大量的信息。本發(fā)明尤其涉及旨在保留對具有不同波長的兩種類型的讀取光的兼容性的改進。
最近,隨著所謂的多媒體的發(fā)現(xiàn),強烈需要存儲諸如數(shù)字動畫的大量的信息,并在需要的時候?qū)ζ溥M行隨機存取和再現(xiàn)。
光盤,例如CD等,是一種具有能完成隨機存取,容量大和可移動等特性的信息存儲媒介。雖然光盤廣泛地應用在不同領(lǐng)域,由于上述的必要性,需要在盤的一個表面處理比傳統(tǒng)類型的盤更多的信息。
鑒于以上情況,提出了一種用于存儲信息的信息存儲層以多層的形式在厚度方向上疊置的光盤,以擴大光盤的容量。這種多層光盤使信息存儲層以多層的形式構(gòu)成,從而極大地增加了可從光盤的一表面讀出的信息量。同時,通過基于每一信息存儲層改變讀出光的焦點,可以在不喪失隨機存取功能的情況下處理大量信息。
下面是有關(guān)多層盤的典型報告(1)一種通過改變焦點再現(xiàn)多層光盤的概念(美國專利NO.3946367);(2)一種通過使用一種多層光盤,利用透射光或反射光的讀出的方法,該種光盤具有在一基片的一表面上多層疊置的信息存儲層(美國專利NO.4219704);和(3)一種具有光學系統(tǒng)中的像差校正功能的多層光盤的再現(xiàn)系統(tǒng)(美國專利NO.5202875)。
下面的文獻給出了多層光盤的實際結(jié)構(gòu)(1)一種專用的再現(xiàn)雙層光盤(W.Imaio,H.J.Rosen,K.A.Rubin,T.S.Strand和M.E.Best,Proc.SPIE Vol.2338,Optical Data Storage,Dana Point,1994 PP.254-259);和(2)一種一次寫入型雙層光盤(K.A.Rubin,H.J.Rosen,W.W.Tang,W.Imaio,和T.S.Strand,Proc.SPIE Vol.2388,Optical DataStorage,Dana Point,1994 PP.247-253)。
在上述的所有光盤中,光盤以這樣的方式來設(shè)計,信息存儲層具有多層結(jié)構(gòu),具有高光透射率的透明材料,例如介質(zhì)膜或染料,用作靠近基片(第一信息存儲層)的一記錄層的構(gòu)成材料,由第一信息存儲層的反射率R1幾乎與由第二信息存儲層的最終反射率T12R2相等。這里,R1是第一信息存儲層的反射率,T1是第一信息存儲層的透射率,R2為第二信息存儲層的反射率。
多層光盤的再現(xiàn)性能主要根據(jù)形成在讀取光的入射側(cè)的第一信息存儲層的反射率和透射率確定。但是,這些項目依賴于用于第一信息存儲層的透明膜材料的光譜特性(折射率n和衰減系數(shù)k),及其膜厚度。
但是,一般情況下,諸如折射率n,衰減系數(shù)k等光學常量依賴于波長。因此,提供優(yōu)化再現(xiàn)條件的透明膜,或諸如膜厚等的盤結(jié)構(gòu)的選取根據(jù)所用讀取光(例如半導體激光)的波長而改變。這樣,例如在調(diào)節(jié)為波長為635nm的讀取光的多層光盤的情況下,再現(xiàn)不總是在正確的條件下完成,并且必須準備一獨立調(diào)節(jié)為其他波長(例如480nm)的讀取光的盤。從而,在所謂的兼容性方面存在缺陷等。
特別地,由于在使光盤容量增大方面,縮短讀取光的波長是必不可少的技術(shù)內(nèi)容,因此非常有必要解決上述兼容問題。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種多層光盤,即使讀取光的波長在再現(xiàn)時被改變,由第一信息存儲層和第二信息存儲層出來的再現(xiàn)信號仍均具有足夠的強度。
本發(fā)明的發(fā)明人已進行了長時間的研究以獲得上述目的。作為結(jié)果,發(fā)現(xiàn)通過設(shè)定第一信息存儲層在第一讀取光波長情況下的光譜特性(折射率n和衰減系數(shù)k)至一正確的范圍,各層在第二讀取光波長情況下的反射率可以基本彼此相等。而且,具有一實際反射系數(shù)的多層光盤可以被完成。相應地,可以完成本發(fā)明。
即,本發(fā)明的特征是這樣的一種光盤,其第一信息存儲層和第二信息存儲層在一基片上順序地成膜(film-formed),記錄在第一信息存儲層和第二信息存儲層的信息通過由基片一側(cè)發(fā)出的讀取光被再現(xiàn)。
其中第一信息存儲層和第二信息存儲層可通過第一讀取光和波長小于第一讀取光的第二讀取光再現(xiàn),并且其中第一信息存儲層由這樣的材料制成,其折射率n和衰減系數(shù)k在第一讀取光波長區(qū)域值滿足下列條件0≤k≤0.25n=α-k+2.8(這里α為一常數(shù)且0.15≤α≤0.45)
圖1中的斜線區(qū)域表示了上述條件,其中折射率n和衰減系數(shù)k分別被表示在橫軸和縱軸上。
通過選取滿足上述條件的形成第一信息存儲層的透明膜材料,膜可以這樣構(gòu)成,其中第一信息存儲層和第二信息存儲層的反射率在兩讀取光波長時,例如635nm和480nm,均足夠地大??梢匀我獾赝ㄟ^改變焦點的方法在第一信息存儲層和第二信息存儲層間切換再現(xiàn)信息,即,可以實現(xiàn)具有兩波長兼容性的大容量多層光盤。
但是,如果第一信息存儲層的光譜特性在第二讀取光波長時的變化太大,可獲得上述兼容性的區(qū)域?qū)⒆冋?,并且最終消失。因此,第一信息存儲層在第一讀取光波長和第二讀取光波長時的衰減系數(shù)之差Δk最好等于或小于0.3。
滿足上述條件的透明膜材料有,例如包括氫及至少氮和氧其中之一的硅系材料,如Si-N-H,Si-O-H,Si-N-O-H等。
根據(jù)本發(fā)明的多層光盤以這樣的方式構(gòu)成;在基片上順序地以膜形成滿足上述條件的第一信息存儲層和第二信息存儲層。這里,各個信息存儲層的膜厚度是任意的。但是,為保持兩波長兼容性,第一信息存儲層的膜厚度最好在40nm至60nm。
在具有上述結(jié)構(gòu)的多層光盤中,最好在第一信息存儲層和第二信息存儲層之間安置一隔離層,以確定地分開各信息存儲層中的焦點。同時,該隔離層最好由光透明材料制成,且其厚度等于或大于30μm。
在本發(fā)明中,可以任意地設(shè)置第一讀取光的波長和第二讀取光的波長。但是,第一讀取光的波長在應用中選在630nm和690nm之間,例如635nm。另一方面,第二讀取光采用比第一讀取光波長短的波長,被選在450nm和630nm之間,例如480nm。
按照具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明,由第一信息存儲層和第二信息存儲層的反射系數(shù)可以被制作得彼此基本相等,并且實際上也可做得到。作為結(jié)果,可以完成具有對兩波長讀取光的兼容性的多層光盤。
本發(fā)明的進一步的目的和優(yōu)點將通過對附圖所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述顯現(xiàn)出來。
圖1是表示第一信息存儲層的折射率n和衰減系數(shù)k的正確選擇區(qū)域的特和圖;圖2是應用本發(fā)明的多層光盤的一結(jié)構(gòu)示例的主要部分的截面示意圖;圖3是應用本發(fā)明的多層光盤的另一結(jié)構(gòu)示例的主要部分的截面示意圖;圖4是表示由各信息存儲層的反射光的示意圖;圖5A是表示波長635nm時反射系數(shù)R1,R2和Ru的特征曲線圖(其中在波長為635nm時的折射率n=3.18,衰減系數(shù)k=0.04);圖5B是表示波長為480nm時R1,R2和Ru的特征曲線圖(其中在波長為480nm時的n=3.32,k=0.18);圖6A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.95,k=0.22);圖6B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時n=3.28,k=0.33);圖7A是表示波長為635n m情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.91,k=0.06);圖8A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.18,k=0.17);圖8B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時n=3.4,k=0.26);
圖9A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.81,k=0.24);圖9B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時n=3.1,k=0.43);圖10A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.96,k=0.02);圖10B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時n=3.22,k=0.19);圖11A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.98,k=0.24);圖11B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.31,k=0.38);圖12A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.90,k=0.12);圖12B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.28,k=0.28);圖13A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.82,k=0.14);圖14A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.05,k=0.02);圖14B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時n=3.35,k=0.16);圖15A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.90,k=0.05);圖16A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.01,k=0.04);圖16B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.28,k=0.17);圖17A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.24,k=0.05);
圖17B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.43,k=0.17);圖18A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.08,k=0.15);圖18B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時n=3.38,k=0.27);圖19A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.21,k=0.11);圖19B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.42,k=0.26);圖20A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.08,k=0.18);圖20B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.4,k=0.3);圖21A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.05,k=0.12);圖21B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.33,k=0.25);圖22A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.90,k=0.16);圖22B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.25,k=0.29);圖23A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.10,k=0.14);圖23B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.35,k=0.26);圖24A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=2.85,k=0.22);圖24B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.15,k=0.35);
圖25A是表示波長為635nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為635nm時n=3.17,k=0.145);圖25B是表示波長為480nm情況下R1,R2和Ru的特征曲線圖(這里,波長為480nm時的n=3.45,k=0.3);下面將結(jié)合附圖詳細說明應用本發(fā)明的多層光盤的例子的實際結(jié)構(gòu)。如圖2所示,根據(jù)本發(fā)明的多層光盤這樣來構(gòu)成順序地在一基片1上以膜的形式形成用于再現(xiàn)的第一信息存儲層2,隔離層3和用于再現(xiàn)的第二信息存儲層4。此外,形成一由經(jīng)紫外光固化處理的樹脂等制成的保護層5以將其覆蓋。
基片1可由玻璃或高聚合塑料,例如聚碳酸酯等,制成。第一信息在玻璃基片情況下通過2P法(光聚合作用)等而在諸如聚碳酸酯等的高聚合塑料的情況下則通過注模法等以凹凸槽的方式被記錄。
第一信息存儲層2以膜的形式通過使用真空蒸發(fā)法或濺射法等以給定的膜厚度被形成在基片1的凹凸槽上,并被定為專用的再現(xiàn)層。
接著,隔離層3被形成于其上。隔離層3的厚度最好等于或大于30μm。這樣,隔離層3可通過例如運用旋轉(zhuǎn)涂法涂以經(jīng)紫外光處理固化的樹脂的方法而形成。
而第二信息通過例如2P法等的辦法以凹凸槽的形式被記錄在隔離層的一表面。接著在其上以膜的形式形成第二信息存儲層4。在本實施例中,由于第二信息存儲層4也被定義為專用再現(xiàn)層,所以一厚度為100nm的鋁膜被形成。如果其他材料在所用波長范圍具有足夠的反射率,也可以用作第二信息存儲層4的構(gòu)成材料。此外,膜厚度不限于100nm。另外,通過使用以磁光材料,變相材料等為代表的可重寫材料或一次寫材料可對第二信息存儲層4加上記錄功能。
在本實施例中用層疊技術(shù)形成不同的信息存儲層。也可以例如將其上形成有不同信息層的兩片基片附著在一起以構(gòu)成多層光盤。
圖3表示了由兩基片彼此附著而構(gòu)成的多層光盤。第一信息和第二信息通過注模法等分別以凹凸槽的形式被記錄在由諸如玻璃或聚碳酸脂等高聚合塑料制成的第一基片11和第二基片12上。
諸如SiN,SiO2等的透明膜通過蒸發(fā)和濺射等方法形成在第一基片的凹凸槽上,從而形成第一信息存儲層12。
在第二基片的凹凸槽上形成Al蒸發(fā)膜,以形成第二信息存儲層14。
其上形成第一信息存儲層12的第一基片11和其上形成第二信息存儲層14的第二基片13通過一透明層15彼此接合。透明層15例如可以這樣來形成將紫外光固化型透明樹脂-它是光固化型透明樹脂-加入兩基片之間,擠壓兩基片并在第一透明基片11一側(cè)照射紫外光。
在具有上述結(jié)構(gòu)的多層光盤中,為了從一個信息存儲層的一表面讀出兩個信息存儲層的信息,當讀取光由所述一個信息層的一表面照射時由第一信息存儲層2和第二信息存儲層4來的信號必須足夠大。換言之,這意味著由圖4所示的第一信息存儲層2的反射率R1和第二信息存儲層4的反射率R2應足夠大。反射率最好大于或等于20%而小于或等于40%以獲得正確的再現(xiàn)信號。
由于必須調(diào)節(jié)信號量以使它們在再現(xiàn)信息時均勻,這樣使電路結(jié)構(gòu)變得復雜,因此由第一信息存儲層2和第二信息存儲層4來的信號量最好不要有很大差別。
因此,第一信息存儲層2的反射率R1和第二信息存儲層4的反射率R2之間的差必須很小。例如,如果按下式定義Ru,Ru的值最好等于或小于0.2以獲得正確的再現(xiàn)信號。RU=2(R1)-(R2)(R1)+(R2)]]>本發(fā)明的發(fā)明人注意到用于第一信息存儲層2的材料對上述為形成能在波長635nm和480nm兩種情況下滿足上述條件的多層光盤的條件有很大的影響。他們檢驗了不同的具有不同折射率n和不同衰減系數(shù)k的材料,并得出如下結(jié)論。
(1)折射率n和衰減系數(shù)k被限定為滿足在波長為635nm和480nm都運行為多層光盤的條件。在波長為635nm時的限制條件為n=α-k+2.8(α為常數(shù))。然而,這被限制在由0.1 5≤α≤0.45和0≤k≤0.25所表示的區(qū)域(如圖1所示)。
但是,考慮到可容許的膜厚度范圍,α最好在0.25≤α≤0.35范圍之內(nèi)。
(2)折射率n和衰減系數(shù)k在兩波長之間的變化量最好很小。尤其是,衰減系數(shù)k的變化量Δk最好為0.3或更小。
順便提及,材料的折射率n和衰減系數(shù)k依賴于形成時的條件(成膜條件,例如濺射時的氣壓,濺射速度等)。這些數(shù)值也可通過加入其他成分加以調(diào)節(jié)。
有數(shù)種材料可以滿足波長為635nm時的上述條件。表1給出了這些材料在波長為635nm和480nm時的折射率n和衰減系數(shù)k,表中列出了調(diào)整作讀取光波長為635nm的多層光盤的氧化銅(Cu-O),硅(Si),氮化硅(Si-N),加氫氮化硅(Si-N-H)或加氫氧化硅(Si-O-H),和當構(gòu)成具有上述結(jié)構(gòu)的多層光盤時的反射率R1,R2和Ru的值。
表1
表1列出的所有物質(zhì)都能充分獲得第一信息存儲層2和第二信息存儲層4在波長為635nm時的反射率。而且,第一信息存儲層2和第二信息存儲層4的反射率之間的差也足夠地小。即,可理解為,如果使用表1中描述的物質(zhì),可以構(gòu)成讀取光波長為635nm的多層光盤。
但是,當在相同的膜厚度下構(gòu)成相同的材料時,在使用波長為480nm的讀取光的情況下,并不能總是得到正確的信號性能,上述條件中的一部分不能被滿足。
例如,在使用氧化銅情況下,當使用波長635nm時,R1為30%,R2為32%,而Ru為0.06,它們足夠地小。因而可以構(gòu)成多層光盤。另一方面,雖然兩個信息存儲層的反射率在波長為480nm范圍內(nèi)均勻,但這兩反射率太低,只有16%。這樣,這種材料不適合用于多層光盤。
在使用Si的情況下,可以在波長為635nm的區(qū)域構(gòu)成多層光盤。但是,當在波長為480nm時使用同樣的Si結(jié)構(gòu)的情況下,兩個信息存儲層的反射率之間的差變大。這樣,發(fā)現(xiàn)這種材料不適合用于多層光盤。
與此不同,加氫氧化硅(Si-O-H)和加氫氮化硅(Si-N-H;表中(1)和(2)中的加氫量不同)均能符合多層光盤在波長為635nm和480nm時的特性。而且,可以完成能處理在第一信息存儲層2和第二信息存儲層4的大容量的光盤,而且可在兩種類型波長情況下保持兼容性。
而在加氫氮化硅的情況下,加氫的數(shù)量,膜的形成條件等被改變。具有不同折射率n和衰減系數(shù)k的第一信息存儲層2以膜的形式構(gòu)成,這樣可以測量在波長為635nm和480nm兩種情況下R1,R2和Ru隨膜厚度的依賴關(guān)系。
測量結(jié)果示于圖5至圖25之中。各圖中的圖A表示在波長為635nm時測得的膜厚度依賴關(guān)系的結(jié)果,而圖B表示波長為480nm時的測量結(jié)果。Ru,R1和R2分別由實線、虛線和斷線表示。圖中的橫軸表示層的膜厚度(nm),縱軸表示反射率R1和R2,及比率Ru。順便提起,在不存在使Ru的值在波長為635nm時等于或小于0.2的膜厚度區(qū)域的情況下圖B被略去。
圖5至25所示的每次測量是在相應于圖1給出的每一點的條件下完成的。即,在以折射率n和衰減系數(shù)k為座標繪出的位于圖1所示斜線區(qū)域的每一點,第一信息存儲層具有在具有635nm和480nm讀取光波長的兩種情況下都滿足這些要求的公共疊合區(qū)第一信息存儲層2的反射率R1等于或大于20%,第二信息存儲層4的反射率R2等于或大于20%,而Ru等于或小于0.2。
作為結(jié)果,可以構(gòu)造在兩波長635nm和480nm之間具有兼容性的多層光盤。
相反,對于圖1中斜線區(qū)域之外的樣品,不存在相對于具有635nm和480nm波長的讀取光的疊合區(qū)域。因此,不能實現(xiàn)具有兩波長兼容性的多層光盤。
在任何樣品中,具有兩波長之間的兼容性的條件被限制為這樣的情況第一信息存儲層2的膜厚度接近于50nm。為此,可理解為第一信息存儲層2的厚度最好在40nm至60nm范圍內(nèi)。
本發(fā)明的許多不同的實施例可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)得以完成。應該理解為,本發(fā)明不被限定于說明書描述的實施例,而被限定于所附權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種多層光盤,其中第一信息存層和第二信息存儲層在一基片上順序地成膜,記錄在第一信息存儲層和第二信息存儲層的信息通過由基片一側(cè)照射的讀取光被再現(xiàn),其中所述第一信息存儲層和所述第二信息存儲層可通過第一讀取光和波長小于第一讀取光的第二讀取光再現(xiàn),并且,其中第一信息存儲層由這樣的材料制成,其折射率n和衰減系數(shù)k在第一讀取光波長區(qū)域滿足下列條件0≤k≤0.25n=α-k+2.8(這里α為一常數(shù)且0.15≤α≤0.45)
2.一種按照權(quán)利要求1的多層光盤,其中第一信息存儲層在第一讀取光波長區(qū)域的衰減系數(shù)與在第二讀取光波長區(qū)域的衰減系數(shù)之差Δk小于或等于0.3。
3.一種按照權(quán)利要求1的多層光盤,其中第一讀取光的波長區(qū)域在630nm和690nm之間。
4.一種按照權(quán)利要求1的多層光盤,其中第一信息存儲層由具有氫和至少氮和氧之一的硅系材料制成。
5.一種按照權(quán)利要求1的多層光盤,其中第一信息存儲層的膜厚度在40nm和60nm之間。
6.一種按照權(quán)利要求1的多層光盤,其中在第一信息存儲層和第二信息存儲層之間形成一隔離層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多層光盤,其中,第一和第二信息存儲層在一基片上順序地成膜,記錄在第一和第二信息存儲層的信息通過由基片一側(cè)照射的讀取光被再現(xiàn),第一和第二信息存儲層可通過第一讀取光和波長小于第一讀取光的第二讀取光再現(xiàn),并且第一信息存儲層由這樣的材料制成,其折射率n和衰減系數(shù)k在第一讀取光波長區(qū)域滿足下列條件0≤k≤0.25,n=α-k+2.8(這里α為一常數(shù)且0.15≤α≤0.45)。
文檔編號G11B7/258GK1152169SQ96111259
公開日1997年6月18日 申請日期1996年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月31日
發(fā)明者金子正彥, 荒谷勝久, 中沖有克 申請人:索尼株式會社