专利名称：双层可记录光学记录介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及甚至在蓝色激光波长范围内也可以在其上进行高密度记录的可记录(一次写入多次读取(WORM))光学记录介质，更具体地涉及至少具有第一信息层、中间层、和第二信息层的双层可记录光学记录介质。
背景技术：
使用激光束照射能够进行记录的光学记录介质的示例为例如诸如CD-R和DVD-R的可记录光学记录介质。这些光学记录介质就信息再现而言被支持与CD-ROM和DVD-ROM兼容，并都被用做小规模散发介质和存储介质。然而，目前大多数情况下使用基于有机染料的CD-R和DVD-R，其可以被大量低成本地制造。如果待沉积的层的数目大，则设有无机记录层的可记录光学记录介质的制造会增大制造成本，且因此盘的商业价值降低。因此，已经提议具有最小层数目的可记录光学记录介质。同时存在一些类型的可记录光学记录介质烧蚀型、相变型、合金型等。烧蚀记录就成本而言具有前景，但是问题为低的C/N比(载波与噪声比)，这是由于在盘上存在熔化于坑内的波尔卡点(polka-dot)膜和/或在坑外围上存在熔化的膜。此外，由于烧蚀记录介质采用单层结构，一般记录膜无法支持ROM盘的高反射，得到的产品不满足标准。
适用于烧蚀记录的材料包括Te-Au化合物和Te-Ag化合物(例如见日本特开公报(JP-A)No.60-179952和60-179953)，但是这些材料沸点为1000℃以上，得到的光学记录介质具有差的灵敏度。
与只需要将记录膜温度提高到用于记录的其熔点的相变记录盘相反，烧蚀记录盘需要大量的热量以将记录膜温度提高到其沸点以上。因此，烧蚀记录盘需要的激光功率高于相变盘，且在烧蚀记录盘上进行高线性速度记录时，导致半导体激光功率不足。因此，该烧蚀记录盘要求高度灵敏的记录膜。
JP-A No.57-157790公开了一个发明，其通过在400℃以下在释放挥发性成分的第一层上沉积抗腐蚀金属层而提高记录灵敏度，但是并不旨在提高反射。因此，无法建立与ROM盘的兼容性。此外，尽管本发明使用Au、Ag等作为抗腐蚀金属，这些金属具有极高的热导率，因此加热所产生的热量通过扩散而散逸，导致了增强记录灵敏度的效应低，且所得的光学介质不适于高线性速度记录。
对于合金记录，JP-A No.04-226784公开了一种记录方法，其包括使用激光束照射由Ge、Si、或Sn制成的层和由Au、Ag、Al、或Cu制成的层，由此将该两个金属层结合在一起。然而，该方法导致低至高的记录，且无法建立与ROM盘的兼容。
JP-ANo.01-162247公开了一个发明，其中形成由In-Te合金制成的相变记录膜，该发明旨在通过设定In与Te的比例为2∶1至1∶1或者2∶3至2∶5而提供相变光学记录介质。然而，在该发明中，需要初始化记录层，因为新沉积的记录膜是非晶的，其反射低。因此，初始化所需步骤的数目增大，制造成本也增大。
日本专利(JP-B)No.2948899公开了一个涉及光学记录介质的发明，该介质包括由Ag-Zn合金制成的第一层(薄的可相变的合金膜)和主要由选自Te、Se、和S的元素制成的第二层(薄的低熔点的膜)，通过该两层之间的组成成分互相扩散而在其上记录信息。然而，该记录介质就节拍时间(takttime)和制造成本而言是不利的，因为第一和第二层制成较厚以得到高的反射-第一层300至700，第二层500至1500。本发明人进行的研究表明，使第一和第二层变厚而获得的高反射导致差的记录灵敏度，因为由于其高反射引起低的热学吸收，使得几乎不在记录膜上发生热吸收。因此，这种记录介质不能作为例如DVD的要求高线性速度的介质。此外，由于Ag与Te、Se等是高度反应的，且仅仅通过使用激光束照射记录介质或者将盘空置，该两个层之间会因此发生反应，记录层的反射降低。
JP-A No.11-34501公开了一种记录介质，其包括作为第一层的主要由In制成的薄膜，和作为第二层的包含元素周期表5B族元素和6B族元素的薄膜，其中通过利用该两个层之间的反应或者合金化实现的反射变化而在其上记录信息。然而，发现由于In和Te等之间的高度反应性，这种记录介质显著不稳定，正如JP-B No.2948899所公开的记录介质。
前述问题严重阻止了包括由无机材料制成的记录层外加少数其他层的可记录光学记录介质的广泛应用。
本发明人过去提交了一项发明的专利申请，该发明涉及使用蓝色激光束的可记录光学记录介质(日本专利申请No.2004-363010)，该申请的内容将在以下作简单描述。
也就是说，在先申请中所述的可记录光学记录介质的特征在于，提供主要由氧化铋制成的为无机层的记录层(Re层)，由于其光学吸收功能而替代用于热产生层的传统有机薄膜，且利用由于分解或退化引起的其折射率(或双折射)的变化而作为记录层。
该在先申请描述了记录介质的层配置的重要性，并确定了最佳的层配置导致显著的优点。本发明人已经确认，在支持蓝色激光记录的可记录光学记录介质中使用主要由氧化铋制成的记录层，可以导致特别优良的记录/再现特性。
近年来，单面双层盘被提议以获得可记录光学记录介质的增大的存储容量(例如，见JP-A No.2003-200663和2003-203383，以及InternationalSymposium on Optical Memory 2003(ISOM 2003)Preprints，p.74)。
由本发明人正在开发的Re层的设有光学记录介质主要是基于Bi结晶的原理而在其上记录信息。为了得到具有高的记录灵敏度和恰当反射的记录介质，介质设计则极为重要。
然而，由于上述在先申请中Re层内包含的Bi提供了高的结晶率，因此必须快速散逸热量，例如至附近的反射层，从而防止标记的横向扩展。更具体而言，Bi为一种需要快速冷却介质机制的元素，且具有薄反射层的盘，例如单面双层盘存在难以形成小标记的问题。
JP-A No.08-50739和2000-222777分别公开了一种单层相变光学记录介质和双层相变光学记录介质，其中使用具有相对高的热导率和低的光学吸收的氮化物或碳化物将热扩散层(用于辅助热扩散的层，这为反射层的功能)沉积于反射层上，使得建立与前述类似的快速冷却机制。这种策略被认为对于克服上述缺点是有效的，这些问题出现于当构成第一信息层的反射层制成较薄时。
然而，氮化物和碳化物由于其高的应力而更可能在热扩散层上产生裂纹，导致设有热扩散层的光盘的重写特性不充分。
此外，碳化物大幅度地吸收光，特别是在更短的波长，引起的问题为，在例如采用蓝紫色激光的Blue-ray Disc系统的下一代系统中，不能将由碳化物制成的第一信息层的透射率制成较大。
发明内容
本发明的目的是解决前述传统问题并提供一种双层可记录光学记录介质，其提供了高的反射率和高的灵敏度，且其在用于高密度记录的记录/再现束波长范围上具有能够实现大折射率和小吸收系数的简单的层配置。
本发明克服了前述问题。
本发明的双层可记录光学记录介质包括第一信息层；置于该第一信息层上的中间层；以及置于该中间层上的第二信息层，从激光照射侧依次沉积该第一信息层、中间层和第二信息层，其中该第一信息层从激光照射侧至少包括包含Bi作为主成分的薄膜(Re层)、电介质层、反射层和热扩散层，该第二信息层从激光照射侧至少包括包含Bi作为主成分的薄膜(Re层)、电介质层和反射层，且其中第二信息层的电介质层的厚度(t2)与第一信息层的电介质层的厚度(t1)之比t2/t1的范围为0.7至1.5或者4.5至6.0。
根据本发明，在使用Re层作为记录层的双层可记录光学记录介质中，通过使用本发明的热扩散层可以改善第一信息层的记录特性。因此，可以提供一种双层可记录光学记录介质，其具备高的反射率和高的灵敏度，且其在用于高密度记录的记录/再现束波长范围上具有能够实现大折射率和小吸收系数的简单的层配置。
图1为热扩散层的比电阻与PRSNR的曲线图。
图2为T2/T1与PRSNR的曲线图。
图3为热扩散层的厚度与PRSNR的曲线图。
图4为t2/t1与PRSNR的曲线图。
图5为t2/t1与灵敏度的曲线图。
图6为示出了本发明的双层可记录光学记录介质的示例的示意性剖面视图。
图7为示例12中热导率与PRSNR的曲线图。
图8为示例12中热扩散层的热导率与Pw的曲线图。
图9为示例13中T2/T1与PRSNR的曲线图。
图10为示例13中T2/T1与Pw的曲线图。
图11为示例14中t2/t1与PRSNR的曲线图。
图12为示例14中t2/t1与Pw的曲线图。
图13为示例17中第一信息层的存储时间与PRSNR的曲线图。
具体实施例方式
以下更详细地描述本发明。作为基本层配置，本发明的双层可记录光学记录介质从激光照射侧至少包括依次沉积的包含Bi为主成分的薄膜(Re层)、电介质层、和反射层。
如此处所使用，术语“包含Bi为主成分的薄膜(Re层)”是指包含Bi为基本成分的Re层，Bi占除了氧之外的所有组分元素的30atom％以上；例如，如果Re层有Bi、Fe和O(氧)组成，则Bi占Bi和Fe的总比例30atom％以上。
在本发明的光学记录介质中，Re层为执行主要光学吸收功能的层。该Re层由呈现正常漫射的材料制成，而不是由在特定波长范围具有宽的吸收带的材料例如有机材料制成，因此亮度与波长的依存性较小。因此，使用Re层可以显著克服传统问题，例如由于记录/再现激光的波长变化，记录特性(例如记录灵敏度、调制度、抖动(jitter)、以及误差率)、反射率等显著改变，这种波长变化是由于各个激光束源之间的差异、环境温度变化等所致。
在已知的传统可记录光学记录介质中，有机薄膜同时起着记录层和光学吸收层的作用。出于这个原因，用于该传统介质的有机材料在记录/再现束波长范围上具有大的折射率(n)和相对小的吸收系数(k)。因此，有机薄膜需要制成相对厚，足以将膜温度提升到导致该有机材料分解的水平。此外，在传统相变光学记录介质的情形中，基板内的沟槽需要非常深。
通过本发明人所进行的大量研究，确定了如本发明所公开的层配置以及在热扩散层内使用特殊化合物可得到小的抖动和高的PRSNR。注意“PRSNR”代表“部分响应信噪比”，该度量可允许同时表达再现信号的S/N以及实际波形和理论PR波形的线性度，且该度量是评估盘上比特误差率时所必须的度量之一。从再现束的波形获得的振幅信息将经过特殊处理以产生感兴趣的信号，且该信号与实际再现信号的差异被标准化为PRSNR。PRSNR数值越大表示信号质量越高；一般而言，PRSNR需要为15以上以保证误差率落在实用的范围内。
在本发明中，为了使用Re层制备单面双层盘，第一信息层的反射层需要足够薄以保证充分的光进入。如前所述，由于Bi提供了高的结晶率，则需要将热量快速散逸到例如反射层的邻近层，从而防止标记的横向扩展。更具体而言，Bi为需要快速冷却介质机制的元素，具有薄反射层的盘存在的问题为难以形成小的标记。
为了避免该问题，如本发明中所述，即使是在具有薄反射层的盘中，通过在其中提供由包含比电阻为1×10-1Ωcm以下的导电氧化物的材料制成的热扩散层，也可以建立快速冷却机制，由此形成小标记变得可能且PRSNR可以被显著提高。
还期望该热扩散层在所采用的激光束的波长范围上具有小的光吸收，从而保证信息可以记录于第二信息层上或者从该层读取信息。此外，该热扩散层在该激光束波长范围上优选地具有0.5以下，更优选地0.3以下的消光系数。大于0.5的消光系数导致在第一信息层的更大的光吸收，使得难以在第二信息层上记录/再现。
满足这些性能且是导电的材料的示例包括In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiO、CdIn2O4、Cd2SnO2、和Zn2SnO。然而，ITO(In2O3-SnO2)和IZO(In2O3-ZnO)鉴于其高的热导率是优选的热扩散层材料。可以单独或者组合使用这些氧化物。
由于双层可记录光学记录介质需要使光进入到特定的水平，以允许在/从该第二信息层记录/再现同时保证允许在该第一信息层上记录的记录特性，反射层厚度和热扩散层厚度之间的平衡极为重要。本发明人确定了，通过使第一信息层的热扩散层的厚度(T2)与第一信息层的反射层的厚度(T1)之比即T2/T1落在2至8的范围内，可以提供该第一和第二信息层的记录/再现特性之间的良好平衡，并因此获得在该两个信息层上的优良信号特性和记录灵敏度。T2/T1数值小于2导致第一信息层的反射率过高，到达第二信息层的光的数量减小，导致第二信息层内差的灵敏度和低的PRSNR，而T2/T1数值大于8导致第一信息层过高的透射率，使得第一信息层内差的灵敏度和低的PRSNR。
此外，通过将第一信息层的热扩散层的厚度设定为30至90nm，可以维持用于即使是具有薄反射层的盘内的介质的快速冷却机制，由此实现形成小标记并获得PRSNR的显著提高。
尽管如前所述鉴于Bi的性能采用这种快速冷却机制是重要的，如果第一信息层的热扩散层的厚度小于30nm，则在具有薄反射层的盘内形成小标记变得困难，因此导致信号特性的锐减。如果第一信息层的热扩散层的厚度大于90nm，则热扩散度增大且第一信息层的灵敏度降低。
通过使第二信息层的电介质层的厚度(t2)与第一信息层的电介质层的厚度(t1)的比例即t2/t1落在0.7至1.5或者4.5至6.0的范围内，则第一信息层的透射率和第二信息层反射率之间达到最佳平衡，由此可以在两个信息层上实现优良的记录特性(即，PRSNR、反射率、以及灵敏度)。
小于0.7的t2/t1值例如导致第一信息层的高反射率，这反过来导致透射率减小，导致第二信息层差的灵敏度。大于1.5且小于4.5的t2/t1值如所预期地导致第二信息层的反射率显著增大，从而引起第二信息层的灵敏度以及PRSNR显著减小。大于6.0的t2/t1值导致第二信息层内电介质层过厚，这会引起膜形成时所产生的热所致的基板和/或沟槽变形，以及导致第二信息层的反射率增大，这会使得第二信息层的灵敏度显著减小。
更具体而言，通过优化第一和第二信息层的电介质层之间的厚度比例，可以以相对简单的层配置获得该两个信息层的高的PRSNR、高的反射率、以及高的灵敏度。
如果如下述选择层厚度，第一信息层的透射率和第二信息层的反射率之间可达到最佳平衡第一信息层的Re层为5至25nm，第一信息层的电介质层为10至30nm，第二信息层的Re层为5至25nm，且第二信息层的电介质层为10至30nm；或者第一信息层的Re层为5至25nm，第一信息层的电介质层为10至30nm，第二信息层的Re层为5至25nm，且第二信息层的电介质层为90至120nm。采用这种层配置，可以保证两个信息层上优良的记录特性(即，PRSNR、反射率、以及灵敏度)。
如果第一信息层的Re层和电介质层任一的厚度落在前述范围之外，则导致第一信息层的透射率减小以及第二信息层的灵敏度和PRSNR的显著减小。如果第二信息层的Re层和电介质层任一的厚度落在前述范围之外，则导致第二信息层的反射率显著增大，使得第二信息层的灵敏度和PRSNR减小。
更具体而言，通过优化各个第一和第二信息层的Re层和电介质层的厚度，可以以相对简单的层配置在两个信息层上获得高的PRSNR、高的反射率、以及高的灵敏度。
另外优选在与Re层相比更接近激光照射侧的位置沉积包含含有典型元素的化合物为主成分的层，即含有典型元素的化合物层。基板一般是可渗透的，并包含湿气和/或氧。因此，当记录层等与基板接触时，该层发生氧化，这导致记录特性的恶化。将这种含有典型元素的化合物层夹置于基板和记录层之间可以防止湿气和/或氧气渗入以得到改善的可存档性(archivability)。然而，注意，这种化合物层的存在导致记录特性的微小变化；就具有一般规格的光学记录介质的可靠性而言不会引起任何问题。
用于该含有典型元素的化合物层的化合物示例包括氧化铝(例如Al2O3)、ZnS-SiO2、以及氧化铟锡(ITO)。
这里前述的术语“主要成分”是指含有典型元素的化合物的含量为总材料数量的30mol％以上。一般而言，使用任一前述化合物。
该含有典型元素的化合物层的厚度优选为70nm以下。大于70nm的厚度导致更长的膜沉积时间，引起更长的节拍时间、由于膜沉积的热量所致的例如基板和/或沟槽变形的有害结果、以及差的记录特性。如果含有典型元素的化合物层制成太薄，则无法实现完全防止湿气和氧的渗入；因此，含有典型元素的化合物层期望厚度约为20nm以上。
对于Re层，使用含有Bi氧化物为主要成分的层。这里，术语“主要成分”是指所使用的Bi的数量满足前述要求。
通过使用Bi氧化物作为Re层的材料，可以获得极高的PRSNR和高的反射率。
通过溅射例如Bi氧化物或Bi合金氧化物的靶，或者通过在氩气和氧气混合气体的气氛中溅射Bi或者Bi合金，可以沉积这种Re层。
该Re层包含选自Al、Cr、Mn、Sc、In、Ru、Rh、Co、Fe、Cu、Ni、Zn、Li、Si、Ge、Zr、Ti、Hf、Sn、Pb、Mo、V、B、和Nb的一种或多种元素(M)。元素(M)的含量选择为30至40wt％，使得可以获得最佳的记录特性。
Re层内添加元素(M)可以实现就蓝色激光束而言优良的记录性能。在相变记录中，传统上是通过使非记录区域的晶体结构不同于记录标记的晶体结构而获得调制。在本发明中，在存在两种以上不同氧化物的混合晶体的情况下形成记录标记，因此记录标记和非记录区域之间折射率的差异增大，获得更高的调制度。此外，除了各种氧化物的晶体之外还存在单一元素的晶体导致更大的效应。通过存在不同元素或者具有不同晶体结构的晶体，还可以防止晶体生长。更具体而言，防止了由两种以上不同元素和/或具有不同晶体结构的两种以上不同晶体制成的记录标记扩展和生长成为大的标记。因此可以形成小的记录标记。
根据折射率、热导率、化学稳定性、机械强度、粘附性等选择电介质层的材料。一般而言，可以使用高度透明并具有高熔点的金属的氧化物、硫化物、氮化物以及碳化物或半导体，还可以使用Ca、Mg、Li等的氟化物。
优选材料为复合电介质，包含(1)50至90mol％的量的选自ZnS、ZnO、TaS2、以及稀土硫化物中的至少一种，和(2)熔点或分解点为1000℃以上的热稳定化合物。
熔点或分解点为1000℃以上的热稳定化合物的示例包括Mg、Ca、Sr、Y、La、Ce、Ho、Er、Yb、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Zn、Al、Si、Ge、Pb等的氧化物、氮化物和碳化物，以及Ca、Mg、Li等的氟化物。包含ZnS和SiO2为主要成分的材料是优选的。这里术语“主要成分”是指ZnS和SiO2的含量占总材料量的50mol％以上；然而一般而言，只使用ZnS和SiO2。ZnS和SiO2的混合比例优选范围为70∶30至90∶10(mol％)。在该范围内可以获得更高的PRSNR并增大反射率。如果在该范围之外，则导致偏离了相对于其他层厚度的折射率(n)和吸收系数(k)的最佳组合。因此在信息层上难以获得优良的记录特性。
注意，前述氧化物、硫化物、氮化物、碳化物、和氟化物不一定必须具有化学配比组成；为了控制例如电介质层的折射率，可以改变元素比例。备选地，这些化合物可以组合使用。
优选地，含有典型元素的化合物层中包含的典型元素为选自Zn、In、Al、和Sn中的至少一种元素。通过在基板和Re层之间提供这种含有典型元素的化合物层，所得的盘在环境测试气氛中的稳定性显著提高。此外，这种化合物层的一个特征为其不会带来负面后果，例如低的反射率。
含有这种典型元素的化合物的示例包括ZnS、ZnS-SiO2、InO2、SnO2、Al2O3、及AlN。
中间层优选地在用于记录/再现的激光束的波长范围上吸收较少的光。中间层的合适材料为树脂，鉴于其可成型和成本；可以使用例如紫外可固化树脂、慢固化树脂、以及热可逆树脂。此外，也可以使用用于光盘结合的双面胶带(DA-8321，由NITTO DENKO Corporation制造的粘合板)等。
中间层使得光学拾取头(optical pickup)在记录或再现时可以光学区分第一信息层和第二信息层，该中间层厚度优选为10至70μm。
可以通过组合除了在所附权利要求中陈述的层之外的各种已知的层，由此形成本发明的光学记录介质。
基板的材料没有具体限制，只要其是热和机械稳定，且在从基板侧记录/再现(即，穿过基板)的情形下，具有优良的透射率。
基板材料的示例包括聚碳酸酯、甲基聚乙烯、非晶聚烯烃、纤维素乙酸酯、以及聚对苯二甲酸乙二醇酯；在这些材料中，聚碳酸酯和非晶聚烯烃是合适的。
基板的厚度没有具体限制；可以根据目的恰当地确定。
反射层的材料优选地为在用于再现的激光束的波长范围内呈现足够高的反射率的材料。
例如，可以单独使用例如Au、Al、Ag、Cu、Ti、Cr、Ni、Pt、Ta、和Pd的金属或者其合金。具体而言，Au、Al、和Ag具有高的反射率，因此适合用做反射层材料。
除了包含作为主要成分的任一前述元素或其合金之外，还可以向反射层添加附加元素。这种附加元素的示例包括金属和半金属，例如Mg、Se、Hf、V、Nb、Ru、W、Mn、Re、Fe、Co、Rh、Ir、Zn、Cd、Ga、In、Si、Ge、Te、Pb、Po、Sn、和Bi。就其低制造成本和高反射率而言，主要由Ag制成的反射层是最优选的。
备选地，可以采用反射层，其为由交替的低折射率薄膜和高折射率薄膜组成的多层膜，该低折射率薄膜和高折射率薄膜都是由金属以外的材料制成。
形成该反射层的方法的示例包括溅射、离子镀、化学气相沉积、以及真空气相沉积。
对于第一信息层，该反射层厚度优选为10至25nm；对于第二信息层，该反射层厚度优选为50至200mn。
当毗邻由Ag等制成的反射层沉积ZnS-SiO2层时，ZnS-SiO2中存在的S逐渐与Ag混合，由此使得记录特性可能退化和/或反射率可能减小。为了避免这一点，称为硫化防止层的层可设于反射层和ZnS-SiO2层之间恰当位置。这种层的材料的示例包括例如SiO、ZnO、SnO3、Al2O3、TiO3、和In2O3的氧化物；例如Si3N4、AlN、和TiN的氮化物；以及例如SiC的碳化物。在这些化合物中，SiC是经常使用的一种合适的化合物，因此在需要时可以用于本发明。
例如为了改善反射率、记录特性、以及粘附性，可以在基板上和/或反射层下提供已知的上涂层、下涂层或粘合层，这些层为无机或有机。
在恰当的情形中，可以在反射层上和/或其他层之间提供保护层。该保护层可以采用任何已知材料，只要该材料能够保护这些层免受外力影响即可。
保护层采用的有机材料的示例包括热塑性树脂、热固性树脂、可电子束固化树脂、以及可紫外线固化树脂，无机材料的示例包括SiO2、Si3N4、MgF2、以及SnO2。
形成该保护层的方法的示例为例如旋涂和注浆(casting)的涂敷方法，以及化学气相沉积.如同记录层的情形；这些方法中，旋涂是最优选的。
由热塑性树脂或者热固性树脂制成的保护层可以通过如下步骤制成将该树脂溶解到合适的溶剂中，将该溶液涂敷到另一个层上，以及随后进行干燥。
由可紫外线固化树脂制成的保护层可以通过如下步骤制备将该树脂直接涂敷到另一个层上或者将该树脂溶解到合适的溶剂并将溶液涂敷到该层上，随后使用紫外光照射。对于可紫外线固化树脂，可以采用例如诸如聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、以及聚酯丙烯酸酯的丙烯酸树脂。
可以单独或者组合使用这些材料，而且该保护层可以是多层膜而不是单层膜。
保护层的厚度一般而言为0.1μm至100μm的范围，优选地为3μm至30μm。
本发明的光学记录介质的层配置并不特别受限于通过从基板侧施加激光束而将信息记录在盘上或者从盘再现信息的这个配置。本发明的光学记录介质可以具有这样的层配置，其中盖层置于顶层上，并从盖层侧施加用于记录和再现的激光束。
在使用高数值孔径(NA)的透镜进行高密度记录的情况下，必须提供这种盖层。如果使用这种透镜，再现激光穿过的层的厚度必须减小。这是因为，由于盘表面相对于光学拾取头的光学轴的倾角(该倾角正比于激光源波长的倒数与物镜数值孔径的乘积的平方)所致的像差的容许量随着NA增大而减小，且因此该倾角影响像差量。因此，基板制成足够薄，以保证倾角对像差量的影响被最小化。
为了实现这一点，提出了下述光学记录介质一种光学记录介质，其中通过在基板上形成沟槽和坑而将记录层置于该基板上，反射层形成于该记录层上，且薄的可透光的盖层置于该反射层上，使得通过从盖层侧施加再现激光束而再现记录于该记录层内的信息，以及一种光学记录介质，其中反射层置于基板上，记录层置于该反射层上，且透光的盖层置于该记录层上，使得通过从盖层侧施加再现激光束而再现记录于该记录层内的信息。注意，在制造这些光学介质时，层沉积开始于激光束所入射的盖层。
采用这种层配置，通过使盖层变薄则可以增大物镜透镜的NA。也就是说，通过提供这种盖层并从盖层侧执行记录和再现，可以进一步提高记录密度。
盖层通常由聚碳酸酯板或可紫外线固化树脂形成。本发明中使用的盖层可具有附加层，用于将盖层附着到其他层。
应用于本发明的光学记录介质的激光束优选地具有更短的波长以用于高密度记录。具体而言，350至530nm波长的激光束是优选的，中心波长为405nm的激光束可以引用作为其代表性示例。
以下将参照示例详细描述本发明，然而不应将本发明理解为限制于这些示例。
示例1(制备双层可记录光学记录介质)首先制备由聚碳酸酯树脂制成的第一和第二基板，各个基板直径为120mm，厚度为0.58mm，且在其表面上具有沟槽(深度＝21nm，轨道节距＝0.43μm)。
在单晶片溅射设备(Balzers)中，在第一基板上依次沉积以下各层以形成第一信息层由Al2O3制成且厚度为20nm的含有典型元素的化合物层、由Bi2O3制成且厚度为20nm的Re层、由ZnS-SiO2(80∶20(mol％))制成且厚度为20nm的电介质层、由Ag制成且厚度为15nm的反射层、以及由IZO制成且厚度为50nm的热扩散层。
按照相似的方式，在第二基板上依次沉积以下各层以形成第二信息层由Ag制成且厚度为100nm的反射层、由ZnS-SiO2(80∶20(mol％))制成且厚度为20nm的电介质层、以及由Bi2O3制成且厚度为20nm的Re层。
通过旋涂在第一信息层的热扩散层的表面上涂敷包含可紫外线固化树脂(DVD03，由NIPPON KAYAKU CO.，LTD.生产的一种树脂)的涂层溶液，随后以相似的方式使用可紫外线固化树脂涂敷的第二信息层的Re层的表面。第一和第二信息层随后在真空压力下接合在一起。随后，通过从第一基板侧使用紫外光照射而固化该可紫外线固化树脂，从而形成30μm厚的中间层。
按照这个方式制备了一种双层可记录光学记录介质，其中第一信息层、中间层、第二信息层、第二基板依次堆叠在第一基板上(见图6)。
此外，在该示例中，SiO2与IZO在第一信息层的热扩散层中以不同量混合以改变其电导率，且其比电阻值被测量。制备了具有前述层配置的双层可记录光学记录介质，其包括具有不同的SiO2量的热扩散层，随后测量热扩散层的PRSNR值以评估比电阻与PRSNR之间的关系。使用由PulseTec制造的评估装置ODU-1000评估PRSNR，其中在下述条件下将随机图案写到以6.61m/s的线速度旋转的盘上激光波长＝405nm，NA＝0.6，时钟频率＝64.8MHz。
从图1所示的测量结果可以看出，对应于第一信息层的信号特性的线在大于1×10-1Ωcm时出现快速下降，即随着电导率减小而快速下降。这被认为是因为使用了前述的这种薄反射层，该反射层阻止了充分的热扩散并使得难以形成小的坑。注意，在该评估中，小于15的PRSNR值被认为是低于标准的(HD DVD-R标准要求15以上的PRSNR)。
此外，使用由ITO而非IZO制成的第一信息层的热扩散层，得到相似的结果。
示例2按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了通过改变T1(第一信息层的Ag反射层的厚度)和T2(IZO热扩散层的厚度)而设定不同的T2/T1比例之外，并测量PRSNR的值。更具体而言，通过设定Ag反射层厚度(T1)为10nm、15nm和20nm并针对各个厚度设定不同厚度(T2)，由此得到各种T2/T1比例。
从图2所示的测量结果可以看出，第二信息层的PRSNR所对应的线在T2/T1＜2时呈现快速下降，第一信息层的PRSNR的线在T2/T1＞8时呈现快速下降。
示例3按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了使用了具有各种厚度的热扩散层之外。随后测量PRSNR数值。
从图3所示的测量结果可以看出，第一信息层的PRSNR所对应的线在热扩散层厚度＜30nm时呈现快速下降，且第二信息层的PRSNR所对应的线在热扩散层厚度＞90nm时呈现快速下降。
示例4按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了使用了具有各种厚度(t1)的第一信息层的电介质层和具有各种厚度(t2)的第二信息层的电介质层之外。随后测量PRSNR和灵敏度。测量结果示于图4和5。使用ODU-1000(PulseTec)测量灵敏度，其中在固定的擦除功率水平(3mW)下，在不同记录功率水平执行记录以确定提供最高PRSNR的最佳记录功率水平；图5所示的曲线图的纵轴代表记录功率水平。在该评估中，PRSNR小于15和灵敏度(Pw)大于13mW的盘被认为是达不到标准。
从图4和5可以看出，第一和第二信息层在0.7至1.5或者4.5至6.0的t2/t1范围内都具备优良的PRSNR和灵敏度。然而当t2/t1落在该范围之外时，第二信息层的灵敏度显著降低，PRSNR也是如此。这主要是因为ZnS-SiO2相对于其厚度的折射率(n)和吸收系数(k)的非最佳组合，反射率变得如此之高使得其偏离可进行记录的最佳范围。
示例5按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了含有典型元素的化合物层的厚度设定为0至70nm，第一信息层的Re层的厚度设定为5至25nm，第一信息层的电介质层的厚度设定为10至30nm，第二信息层的Re层的厚度设定为5至25nm，第二信息层的电介质层的厚度设定为10至30nm或90至120nm之外。
这些介质提供了范围为20至30的PRSNR，满足要求PRSNR为15以上的HD DVD-R标准，并提供了范围为5％至7％的反射率值，满足要求反射率为4.5％以上的HD DVD-R标准。此外，介质的Pw(灵敏度)是优良的；成功地在9至11mW的功率水平对介质进行写入。
应该指出，灵敏度随反射率增加而减小，因此在记录时需要引入更高的功率。然而，高功率导致对相邻标记或轨道的显著的负面影响，这又导致PRSNR减小。
示例6按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了Re层内的Bi2O3添加了选自Al、Cr、Mn、Sc、In、Ru、Rh、Co、Fe、Cu、Ni、Zn、Li、Si、Ge、Zr、Ti、Hf、Sn、Pb、Mo、V、B、和Nb中的一种或多种元素(M)之外。随后与示例1相同地进行评估。
经确定，添加这些元素可以进一步改善PRSNR和灵敏度。
示例7按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了第一和第二信息层内的电介质层(ZnS-SiO2层)中ZnS对SiO2比例在70∶30至90∶10的范围内变化之外。
在该ZnS对SiO2比例范围内，成功地得到了满足HD DVD-R标准(PRSNR＝15以上)的高PRSNR值，且第一和第二信息层呈现满足HDDVD-R标准(反射率＝4.5％以上)的恰当反射率，并呈现优良的灵敏度。另外经确定，如果该比例落在该范围之外，则导致偏离了相对于其他层厚度的折射率(n)和吸收系数(k)的最佳组合，使得在信息层上难以得到优良的记录特性。
示例8至10按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了第一信息层的化合物层的材料改变为ZnS-SiO2(80∶20(mol％))(示例8)、InO2(示例9)、以及SnO2(示例10)，且各化合物的厚度设定为60nm之外。
如示例1所述在这些双层可记录光学记录介质上执行PRSNR测量，显示了成功地对于示例8至10中制备的所有介质得到了高的PRSNR数值，这些数值满足HD DVD-R标准(PRSNR＝15以上)，且第一和第二信息层呈现满足HD DVD-R标准(反射率＝4.5％以上)的恰当反射率，并呈现优良的灵敏度。
然而注意，经确定，即使采用这种化合物层，如果该化合物层的厚度超过70nm，也导致偏离了相对于其他层厚度的折射率(n)和吸收系数(k)的最佳组合。这使得在信息层上难以得到优良的记录特性。
示例11按照与示例1所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了由Bi2O3膜形成的Re层添加了选自Al、Cr、Mn、Sc、In、Ru、Rh、Co、Fe、Cu、Ni、Zn、Li、Si、Ge、Zr、Ti、Hf、Sn、Pb、Mo、V、B、和Nb中的一种或多种元素(M)之外。随后与示例1相同地进行评估。
测量结果示于表1，表明添加一种或多种前述元素(M)可以进一步改善PRSNR和灵敏度。
表1
示例12(制备双层可记录光学记录介质)首先制备由聚碳酸酯树脂制成的第一和第二基板，各个基板直径为120mm，厚度为0.59mm，且在其表面上具有沟槽(深度＝21nm，轨道节距＝0.43μm)。
在单晶片溅射设备(Balzers)中，在第一基板上依次沉积以下各层以形成第一信息层由ZnS-SiO2(80∶20(mol％))制成且厚度为40nm的含有典型元素的化合物层、由Bi2O3制成且厚度为20nm的Re层、由ZnS-SiO2(80∶20(mol％))制成且厚度为20nm的电介质层、由Ag制成且厚度为15nm的反射层、以及由In2O3-ZnO-SnO2-SiO2(比例为1∶4.73∶4∶1.63(mol))制成且厚度为50nm的热扩散层。
按照相似的方式，在第二基板上依次沉积以下各层以形成第二信息层由Ag制成且厚度为80nm的反射层、由ZnS-SiO2(80∶20(mol％))制成且厚度为20nm的电介质层、以及由Bi2O3制成且厚度为20nm的Re层。
通过旋涂在第一信息层的热扩散层的表面以及第二信息层的Re层的表面上涂敷包含可紫外线固化树脂(DVD03，由NIPPON KAYAKU CO.，LTD.生产的一种树脂)的涂层溶液，第一和第二信息层随后在真空压力下接合在一起。随后，通过从第一基板侧使用紫外光照射而固化该可紫外线固化树脂，从而形成25μm厚的中间层。
按照这个方式制备了一种双层可记录光学记录介质，其中第一信息层、中间层、第二信息层、第二基板依次堆叠在第一基板上(见图6)。
此外，向第一信息层的热扩散层添加不同量的SiO2以得到不同数值的电导率。制备具有图6所示的层配置的双层可记录光学记录介质，其包括具有不同的SiO2量的热扩散层，随后测量热扩散层的PRSNR数值和记录功率水平以评估比电阻与PRSNR之间的关系。使用ODU-1000(PulseTec)评估PRSNR，其中在下述条件下将随机图案写到以6.61m/s的线速度旋转的盘上激光波长＝405nm，NA＝0.6，时钟频率＝64.8MHz。随后使用ODU-1000测量记录功率(Pw)，其中在固定的擦除功率水平(3mW)下，在不同记录功率水平下执行记录以确定提供最高PRSNR的最佳记录功率水平。注意，低Pw数值意味着高的灵敏度。评估标准如下根据HD DVD-R标准的要求，PRSNR为15以上且Pw为13mW以下的盘被认为是可接受的。
从图7和8所示的测量结果可以看出，当热导率小于0.9W/mK时，PRSNR朝15减小，且当热导率进一步减小时变为低于15。当热导率超过1.6W/mK时，Pw(灵敏度)朝13mW增大，且当热导率进一步继续增大时，Pw超过13mW。然而注意，这些数值没有具体限制；其根据盘的层配置而变化。
即使当热扩散层的In2O3-ZnO-SnO2-SiO2的比例变化范围为1∶4-6∶3-5∶1-2时，仍成功地得到几乎相同的结果。根据信息层的类型可以在前述范围内改变该比例。
示例13按照与示例12所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了通过改变T1(第一信息层的Ag反射层的厚度)和T2(热扩散层的厚度)而设定不同的T2/T1比例之外。通过测量PRSNR和记录功率水平而进行评估。更具体而言，通过设定Ag反射层厚度(T1)为8至15nm并针对各个Ag反射层厚度(T1)设定各种热扩散层厚度(T2)，由此得到各种T2/T1比例。评估标准和示例12相同。
从图9和10所示的测量结果可以看出，当T2/T1小于1.4时，第二信息层的Pw(灵敏度)朝13mW增大。这被认为是因为第一信息层的反射率增大，使得达到第二信息层的光数量减少。另一方面，当T2/T1超过12时，第一信息层的PRSNR朝15减小，且当T2/T1进一步增大时，PRSNR变为小于15。这是因为第一信息层的透射率增大太多。还要注意，这些数值没有具体限制，其可根据盘的层配置而变化。
此外，当T2/T1落在1.4至12的范围内时，T2范围为21nm至96nm。即使当反射层制成较薄(T18至15nm)时，仍可以建立快速冷却机制(结构)以形成小标记，并实现PRSNR的显著增大。
如前所述，鉴于Bi的性能采用这种快速冷却机制是重要的。如果T2小于21nm而T1的范围为8nm至15nm，则难以在具有薄反射层的盘内形成小的标记，这导致第二信息层的Pw(灵敏度)减小。如果T2大于96nm，热扩散度增大，导致第一信息层的PRSNR快速减小。
示例14按照与示例12所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了使用了具有各种厚度(t1)的第一信息层的电介质层和具有各种厚度(t2)的第二信息层的电介质层之外。随后通过测量PRSNR和记录功率水平进行评估。评估标准与示例12相同。
从图11和12所示的结果可以看出，当t2/t1在0.7至1.5的范围内时第一和第二信息层都具备优良的PRSNR(不小于15)和Pw(不大于13mW)。然而一旦t2/t1落在该范围之外时，则导致特别是第二信息层的PRSNR降低至小于15。这被认为主要是因为ZnS-SiO2相对于其厚度的折射率(n)和吸收系数(k)的非最佳组合，反射率变得如此之高使得其偏离可进行记录的最佳范围。还要注意，这些数值没有具体限制，其可根据盘的层配置而变化。
示例15按照与示例12所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了含有典型元素的化合物层的厚度设定为0至70nm，第一信息层的Re层的厚度设定为5至25nm，第一信息层的电介质层的厚度设定为10至30nm，第二信息层的Re层的厚度设定为5至25nm，第二信息层的电介质层的厚度设定为10至30nm之外。
这些介质提供了范围为20至30的PRSNR，满足要求PRSNR为15以上的HD DVD-R标准，并提供了范围为5％至7％的反射率数值，满足要求反射率为4.5％以上的HD DVD-R标准。此外，介质的Pw(灵敏度)是优良的；成功地在9至11mW的功率水平对介质进行写入。如前所述，应该指出，Pw(灵敏度)随反射率增加而减小，因此在记录时需要引入更高的功率。然而，高功率导致对相邻标记或轨道的显著的负面影响，这又导致PRSNR减小。
示例16按照与示例12所述相似的方式制造双层可记录光学记录介质，除了第一信息层的含有典型元素的化合物层的厚度设定为0nm、10nm、70nm、和80nm之外。随后通过将其置于恒温浴(温度＝80℃，湿度＝85％)而执行存储测试。以与示例12所示相同的方式每100小时测量各个双层可记录光学记录介质的第一信息层的PRSNR。如图13所示，设有含有典型元素的化合物的该介质的第一信息层提供了优良的可存档性。
然而，具有80nm厚的化合物层的介质勉强成功地满足15的标准信号特性(PRSNR)数值，小于具有薄化合物的介质的数值。这被确定为由于未能在第一信息层上保持优良的记录特性，因为这种厚的化合物偏离了相对于其他层厚度而言的折射率(n)和吸收系数(k)的最佳组合。
此外，经过确定使用由Al2O3、SiO2、InO2和SnO2中任何一种制成的含有典型元素的化合物层可以产生相似的结果。
权利要求
1.一种双层可记录光学记录介质，包括第一信息层；置于所述第一信息层上的中间层；以及置于所述中间层上的第二信息层，从激光照射侧依次沉积所述第一信息层、中间层和第二信息层，其中所述第一信息层从所述激光照射侧至少包括包含Bi作为主成分的薄膜(Re层)、电介质层、反射层和热扩散层，所述第二信息层从所述激光照射侧至少包括包含Bi作为主成分的薄膜(Re层)、电介质层和反射层，且其中所述第二信息层的电介质层的厚度(t2)与第一信息层的电介质层的厚度(t1)之比t2/t1的范围为0.7至1.5或者4.5至6.0。
2.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述热扩散层包括比电阻为1×10-1Ωcm以下的导电氧化物。
3.根据权利要求2的双层可记录光学记录介质，其中所述导电氧化物为IZO(In2O3-ZnO)和ITO(In2O3-SnO2)之一。
4.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述第一信息层的热扩散层的厚度(T2)与第一信息层的反射层的厚度(T1)之比即T2/T1落在2至8的范围内。
5.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述第一信息层的热扩散层的厚度为30nm至90nm。
6.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述第一信息层的Re层为5nm至25nm，所述第一信息层的电介质层为10nm至30nm，所述第二信息层的Re层为5nm至25nm，且所述第二信息层的电介质层为10nm至30nm。
7.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述第一信息层的Re层为5nm至25nm，所述第一信息层的电介质层为10nm至30nm，所述第二信息层的Re层为5nm至25nm，且所述第二信息层的电介质层为90nm至120nm。
8.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，进一步包括包含含有典型元素的化合物为主成分的层，或者含有典型元素的化合物层，其中在与所述第一信息层的Re层相比更接近所述激光照射侧的位置提供所述含有典型元素的化合物层。
9.根据权利要求8的双层可记录光学记录介质，其中所述含有典型元素的化合物层的厚度为70nm以下。
10.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述Re层包含Bi氧化物作为主成分。
11.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述Re层包括选自Al、Cr、Mn、Sc、In、Ru、Rh、Co、Fe、Cu、Ni、Zn、Li、Si、Ge、Zr、Ti、Hf、Sn、Pb、Mo、V、B、和Nb的一种或多种元素。
12.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中各个所述第一信息层和第二信息层的电介质层包括ZnS和SiO2为主成分。
13.根据权利要求12的双层可记录光学记录介质，其中ZnS和SiO2的混合比例范围从70∶30至90∶10(mol％)。
14.根据权利要求8的双层可记录光学记录介质，其中所述含有典型元素的化合物层内包含的典型元素为选自Zn、In、Al、和Sn的至少一种元素。
15.根据权利要求1的双层可记录光学记录介质，其中所述第一信息层的反射层设于与所述第一信息层的电介质层相比更远离所述激光照射侧的位置，且所述第二信息层的反射层设于与所述第二信息层的电介质层相比更远离所述激光照射侧的位置。
全文摘要
本发明提供了一种双层可记录光学记录介质，包括第一信息层；置于所述第一信息层上的中间层；以及置于所述中间层上的第二信息层，从激光照射侧依次沉积所述第一信息层、中间层和第二信息层，其中所述第一信息层从所述激光照射侧至少包括包含Bi作为主成分的薄膜、电介质层、反射层和热扩散层，所述第二信息层从所述激光照射侧至少包括包含Bi作为主成分的薄膜、电介质层和反射层，且其中所述第二信息层的电介质层的厚度(t2)与第一信息层的电介质层的厚度(t1)之比t2/t1的范围为0.7至1.5或者4.5至6.0。
文档编号G11B7/252GK101025966SQ20071000594
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者藤井俊茂, 笹登, 林嘉隆, 藤原将行, 三浦裕司, 篠塚道明, 真贝胜, 关口洋义, 岩佐博之, 山田胜幸, 鸣海慎也, 加藤将纪 申请人:株式会社理光