专利名称：双叠层光学数据存储介质及其使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用波长为λ且记录时穿过介质入射面的聚焦辐射束进行记录的双叠层光学数据存储介质，包括至少一个衬底，其侧面上具有称为L0的第一记录叠层，包含可记录类型L0的记录层，所述第一记录叠层L0在波长为λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0；称为L1的第二记录叠层，包含可记录类型L1的记录层，所述第二记录叠层L1在波长为λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1，所述第二记录叠层比第一记录叠层更加靠近入射面；夹在记录叠层之间的透明间隔层，所述透明间隔层厚度基本上大于聚焦辐射束的聚焦深度；本发明还涉及该介质的使用。
从日本专利申请JP-11066622中已知开篇段落中所描述的光学记录介质的实施例。
至于光学记录的市场，迄今为止最重要和最成功的格式明显的为一次写入格式，可记录光盘(CD-R)。尽管很久以前就预计其重要性将由可重写光盘(CD-RW)接替，但CD-R介质的实际市场大小仍然至少比CD-RW高出一个数量级。而且驱动器的最重要参数是用于R-介质的最大写入速度，而不是用于RW介质的最大写入速度。当然，市场向CD-RW的可能转移仍然是可能的，例如由于CD-RW的Mount Rainier标准化。然而，由于其与只读光盘(CD)的100％兼容性，已经证明R格式极具吸引力。
近来，作为数据存储容量远大于CD介质的数字多功能光盘(DVD)已经获得市场份额。目前，该格式仅用于只读(ROM)和可重写(RW)型式。在可重写DVD(DVD+RW)标准之后，发展一个新的可记录(R)标准，即一次写入的DVD+R标准。新的DVD+R标准作为DVD+RW的重要支持而得到越来越多的关注。一种可能的情形为，终端用户已经熟悉光学一次写入格式，与可重写格式相比可能更加容易接受一次写入格式。
近来，已经提出所谓的蓝光光盘(BD)的新格式，其存储容量甚至更大。对于该格式也将提出R和RW型式。
R和RW格式的问题在于由于只有单叠层介质而引起的有限容量及其记录时间。注意，对于DVD视频光盘，其为ROM光盘，双层介质已经具有相当大的市场份额。双层，即两个叠层的DVD+RW光盘可能是切实可行的。然而，明显的是，完全兼容的光盘，即在双层DVD-ROM的反射和调制规格内，很难实现和要求用于如DVD+RW介质中记录层的非晶/结晶相变材料性能的至少一个主要突破。没有完全兼容性，双层DVD+RW在市场上的成功是令人怀疑的。
为了获得与双层(叠层)DVD-ROM标准兼容的如双叠层DVD+R介质，上层L1和下层L0的有效反射率应该至少为18％。更为通常地，可以说，任何新一代的双叠层介质需要最小的有效光学反射水平Rmin以满足某个规格，例如对于双叠层BD来讲Rmin的预期值为0.04，对于与单叠层BD兼容的双叠层BD来讲Rmin＝0.12。有效的光学反射意味着反射是这样测量的当例如两层L0和LL0都存在并分别聚焦在L0和LL0上时，从介质返回的有效光线的部分。到目前为止，重要的是为了满足规格而必须应用在各叠层上的光反射、吸收和透射值的条件。在JP-11066622中没有提及关于各叠层的光反射、吸收和透射值的要求。应该注意，在该文献中，符号L0和L1的通常使用习惯已经改变，其中符号L0表示“最近的”叠层即最靠近辐射束入射面的叠层，已经改变为现在L0为从辐射束入射面观察的最深叠层，L1为更靠近辐射束入射面的叠层。
本发明的目标是提供在开篇段落中提到的那种类型的光学数据存储介质，其L0叠层和L1叠层的有效光学反射水平大于特定值Rmin。
根据本发明通过一种光学存储介质已经实现该目标，其特征在于AL1≤1-Rmin-(Rmin/RL0),]]>该公式中Rmin为各个记录叠层所要求的最小光学有效反射值。对于给定的光学数据存储介质，双叠层光盘的两个记录叠层的有效反射应该总是大于特定的最小反射Rmin。这暗示着L1的有效反射必须满足如下标准方程(1)RL1eff＝RL1≥Rmin对于L0，有效反射应该为
方程(2)RL0eff＝RL0*TL12≥Rmin因此，我们得到对L1透射的要求方程(3)TL1≥√(Rmin/RL0)方程(1)和(3)表明，整个双层介质的光学性能主要由L1的光学性能定义。方程(1)和(3)的结合直接定义L1可允许吸收的条件方程(4)AL1≤1-Rmin-Rmin/RL0]]>从L0的最大反射，即当RL0＝1时，得到可允许的最大的AL1。这种情况下，还可得到来自L0的最大可能的有效反射。因此，我们定义仍然允许的L1中的最大吸收如下方程(5)AL1max≤1-Rmin-Rmin]]>选择RL0＝1意味着不可能往L0写数据，因为没有发生光学辐射的吸收。该极端情况例如可应用于双叠层可记录ROM光盘或可记录L1、ROM L0光盘。
在一个实施例中AL1≤AL0。为了能够经由L0中的光学装置记录信息，L0叠层应在辐射束如激光的波长处具有有限的光学吸收。由于记录激光仅部分光线穿过L1，优选应使得L0更加敏感，即吸收高于L1，以保持所需要的写入功率在可接受的极限内。对于可记录的双层光盘，似乎自然要施加如下两个条件(i)两个层具有相同的有效反射(从驱动器角度看优选相同的信号振幅)和(ii)两个层具有相同的有效吸收(各层需要相同的写入功率)。这两个边界条件给出L1中的优选吸收，其由下式给出方程(6)A1pref＝1-3Rmin/4-1/4-1/4·[(1-Rmin)2+8Rmin]1/2于是，L0中的优选吸收(假设TL0＝0)由下式给出方程(7)A0pref＝1-Rmin/{1/4-Rmin/4+1/4·[(1-Rmin)2+8Rmin]1/2}2下一个步骤是认识到L0和L1中的吸收分别主要由L0和L1中的记录层厚度dL和L0和L1中记录层材料的吸收系数kLλ(kLλ为复折射系数nLλ的虚部)决定。为了评估记录叠层内的吸收，省略了可能的双层叠层设计的影响，这意味着进行如下简化(i)忽略了记录层内的干涉效应，(ii)忽略了可能存在的附加层中的可能吸收，(iii)记录层插在两个复折射系数为n0和n2的半无限介质之间，见图5。典型地，上面的周围介质(对L1为衬底，对L0为间隔层)将是透明的，而下面的介质为透明(对L1为间隔层)或高度反射的(对L0为反射镜)。于是，该层内光功率的吸收与dL和kL成指数关系，该吸收的计算为方程(8)A=[1-exp[-4πdLkLλ[1+(|nL-n2nL+n2|)]]]·[1-(|n0-nLn0+nL|)2]]]>λ为激光的波长。指数中的(1+|(nL-n2)/(nL+n2)|)项为对由于在记录层第二界面反射回来的光线部分引起的有效厚度增加的度量，见图5。倍增因子(1-|(nL-n0)/(nL+n0)|2)说明在第一界面处反射的光线。
典型地，LL0叠层将调整为有限的反射和透射。于是，对该叠层吸收的最主要贡献将是光线的单程吸收。L0叠层将调整为高度反射，叠层的吸收将接近光线的双程吸收。
优选地，1.5AL1≤AL0≤2.5AL1。从图4可以看出，对于L0和L1中相同的写功率，L0内的吸收典型地约为L1的两倍。对于最感兴趣的范围，即有限的吸收以获得L1中的高T和L0中的高R，双程的吸收大约使得吸收变成两倍。因此，为了使两层的吸收在要求的范围内，下式对两层均成立方程(9)0.5*AL0max≈AL1max＝1-Rmin-√(Rmin)≤1-exp(-4πkLdL/λ)从图6可以看出，该近似最吻合L1类型叠层，当然其中干涉效应起着不太重要的作用。
上述计算中没有考虑到的一个影响为介质中导向槽的存在，通常其存在于毗邻记录层的每个记录叠层中用于跟踪。由于这些凹槽，辐射束被衍射，且仅部分(或者没有)衍射光被反射/透射测量装置所捕获。因此，衍射看上去象一种吸收。该衍射用于产生诸如推挽和跨越轨道(track-cross)的跟踪信号，且优选地这些信号在两个叠层上的振幅相同以最小化在叠层之间切换时伺服系统的调整。反过来这意味着，对于这两个层来讲在反射/透射测量装置中损耗了类似的光量。这就意味着表示的吸收范围和k/d范围是实际上所允许的上限，这是因为导出该范围时假设根本没有衍射损耗。
在一个实施例中，对于在波长λ处的复折射系数为n~L1λ=nL1λ-i*kL1λ]]>且厚度为dL1的可记录类型L1记录层，满足下式kL1λ≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π*dL1)]]>其中kL1λ为L1记录层的吸收系数。
在另一个实施例中，对于在波长λ处的复折射系数为n~L0λ=nL0λ-i*kL0λ]]>且厚度为dL0的可记录类型L0记录层，满足下式kLOλ≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π*dL0)]]>其中kL0λ为L0记录层的吸收系数。
注意，上述分析对于小的k值(k＜1)更为精确；对于k＞1，给出的公式变得不精确，尽管其仍然可以作为粗略评估。还应该注意，记录层厚度dL0和dL1的定义需要一些进一步的解释。例如，由于通过例如旋转涂敷应用该记录层时的调平效应(leveling effect)引起导向槽内的记录层厚度在不同导向槽之间是不同的。因此，记录层的厚度定义为记录和读出时出现聚焦辐射束斑点处的厚度。
为了获得满足双层(叠层)DVD-ROM光盘规格的可记录双叠层光学数据存储介质，要求λ约为655nm，Rmin＝0.18，且kL0λ和kL1λ满足方程(9)和方程(10)的要求。
为了获得满足双叠层蓝光光盘(BD)的(预期)规格的可记录双叠层光学数据存储介质，要求λ约为405nm，Rmin＝0.04，且kL0λ和kL1λ满足方程(9)和方程(10)的要求。
对于与单层反射规格兼容的双叠层蓝光光盘，要求λ约为405nm，Rmin＝0.12，且kL0λ和kL1λ满足方程(9)和方程(10)的要求。对于前三段描述的介质，优选0.7*dL0＜dL1＜1.3*dL0。
应该注意，本发明不限于单侧双叠层介质，通过改变衬底厚度，例如根据本发明两个单侧双叠层介质可以结合在一起形成满足厚度要求的双侧双叠层介质。
将参照附图更加详细地描述本发明，其中
图1示出了根据本发明的双叠层光学数据存储介质的示意图。示出了两个叠层的有效反射。
图2示出了双叠层光盘的L1中最大允许吸收与两个层施加的最小有效反射率的函数关系。
图3示出了L0和L1中优选吸收与L1中最大允许吸收和L0及L1的有效反射率函数关系的比较。
图4示出了L0和L1中光学吸收之比与有效反射的函数关系。
图5示出了吸收记录层对光学辐射束吸收的示意图，其中忽略了记录层内的干涉效应。
图6示出了L1类型叠层(左)和L0类型叠层(右)的计算得到的吸收和用方程(9)进行近似之间的比较。实线为精确计算，虚线表示近似结果。
图7示出了对于激光波长在DVD规格范围内的各种有效反射值，最大可允许k值和L1记录层厚度的关系。
图8示出了对于满足DVD规格(激光波长为655nm，Rmin＝18％)的双叠层介质，可允许k值范围和L1记录层厚度的函数关系。
图9示出了DVD兼容(R＝18％)和BD兼容(R＝4％)的双叠层光盘的最大可允许k值。
图1示出了使用聚焦辐射束如波长为λ的激光束9进行记录的双叠层光学数据存储介质10。激光束在记录时穿过介质10的入射面8进入。介质10包含衬底1和7，衬底1和7的侧面上存在第一记录叠层2和第二记录叠层5，其中第一记录叠层2称为L0，其在波长λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0，第二记录叠层5称为L1，其在波长λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1。在记录叠层2和5之间插入透明间隔层4，所述透明间隔层4厚度为50μm，基本上大于聚焦激光束9的聚焦深度。吸收值满足如下方程AL1≤1-Rmin-Rmin/RL0,]]>在该公式中Rmin为每个记录层要求的最小有效光学反射值。
第一记录叠层2包含可记录类型L0记录层3，例如偶氮染料或任何其它合适的染料。第一衬底1或间隔层4中存在导向槽，在L0记录层3和衬底1之间存在第一高度反射层。存在第二衬底7，其侧面上的第二记录叠层5包含可记录类型L1记录层6，例如偶氮染料或任何其它合适的染料。第二L1记录叠层5与L0记录叠层2相比处于更加靠近入射面8的位置。第二导向槽位于第二衬底7或间隔层4中。通过透明间隔层4将具有L0的第一衬底1附着到具有L1的衬底，该间隔层可充当结合层。下面描述特定的适合的L0/L1叠层设计。
实施例1DVD可记录双叠层，Rmin＝0.18，λ＝655nm(各层依次为)由厚0.60mm的PC制成的衬底1；100nm的银(n＝0.16-5.34*i)反射层，也可以使用金、铜或铝、或其合金；偶氮染料L0记录层3，厚度为80nm，该染料在655nm的辐射束波长处的折射系数为2.24-0.02i；由厚10nm的银制成的第一半透明反射层，也可以使用金、铜或铝、或其合金；由厚度为50μm的透明的UV可硬化树脂制成的间隔层4；由厚10nm的银制成的第二半透明反射层，也可以使用金、铜或铝、或其合金；偶氮染料L1记录层6，厚度为80nm，该染料在655nm的辐射束波长处的折射系数为2.24-0.02i；由厚0.58mm的PC制成的衬底7。
该叠层设计具有如下反射、吸收和透射值AL0＝0.4AL1＝0.2RL0＝0.6RL1＝0.2TL0＝0.6TL1＝0已经满足公式AL1≤1-Rmin-(Rmin/RL0)=1-0.18-(0.18/0.6)=0.27.]]>此外，kL0λ*dL0=1.6nm≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π)=26.4nm]]>且kL1λ*dL1-1.6nm≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π)=26.4nm.]]>第一半透明反射层也可以是厚度例如为20nm的SiO2层，也可以使用其它电介质。在不同的实施例中，可以缺少第一半透明反射层。此外，在记录层和该反射和/或半透明反射层之间可存在附加电介质层。第二半透明反射层也可以是电介质(如SiO2)或半导体(例如Si)层。此外，在记录层和第二半透明反射层和/或在第二半透明反射层和间隔层和/或在记录层和衬底7之间可存在附加电介质层。
实施例2BD可记录双叠层，Rmin＝0.12，λ＝405nm(各层依次为)由厚1.1mm的PC制成的衬底1；100nm的银(n＝0.17-2i)反射层，也可以使用金、铜或铝；有机染料L0记录层3，厚度为50nm，该染料在405nm的辐射束波长处的折射系数为2.4-0.04i；由厚20nm的SiO2制成的第一透明电介质层，也可以使用其它电介质(Si3N4、ZnS-SiO2、Al2O3、AlN)；由厚度为25μm的透明UV可硬化树脂制成的间隔层4；有机染料L1记录层6，厚度为50nm，该染料在405nm的辐射束波长处的折射系数为2.4-0.04i；由厚20nm的SiO2制成的第二透明电介质层，也可以使用其它电介质(Si3N4、ZnS-SiO2、Al2O3、AlN)；厚度为0.075mm，由透明UV可硬化树脂制成的衬底7，在本实施例中也称为覆盖层。
该叠层设计具有如下反射、吸收和透射值AL0＝0.6AL1＝0.2RL0＝0.4RL1＝0.2TL0＝0.6TL1＝0已经满足公式AL1≤1-Rmin-(Rmin/RL0)-1-0.12-(0.12/0.4)-0.33.]]>此外，kL0λ*dL0=2nm≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π)=24nm]]>且kL1λ*dL1=2nm≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π)=24nm.]]>在图2中画出了L1中最大允许吸收AL1max和两个记录叠层L0和L1的最小有效反射Rmin的函数关系。注意，可获得的Rmin最大值为约0.38。该值代表如下情况L1叠层没有任何吸收，因此不可能记录，同时L0叠层同样没有吸收且反射最大(RL0＝1)。
在图3中，比较了L0和L1中的优选吸收与L1中最大可允许吸收和L0和L1的有效反射率的函数关系。该优选吸收图示表示了方程(6)和(7)。
在图4中，示出了AL0和AL1之比与L0和L1中有效反射率的函数关系。可以看出该比值优选范围为1.5-2.5，更优选范围为1.5-2.0。
在图5中，示出了双叠层光学数据存储介质10中记录层3、6的示意图(见图1)。其中示出了光学辐射束的路径。L0和L1中的吸收主要由记录层厚度dL和记录层材料的吸收值kLλ(kLλ为复折射系数nLλ的虚部)决定。为了评估记录叠层内的吸收，省略了可能的双层叠层设计的详细影响，这意味着进行如下简化(i)忽略了记录层内的干涉效应，(ii)忽略了可能存在的附加层中的可能吸收，(iii)记录层插在两个复折射系数为n0和n2的半无限介质之间。典型地，上面的周围介质(对L1为衬底，对L0为间隔层)将是透明的，而下面的介质为透明(对L1为间隔层)或高度反射的(对L0为反射镜)。于是，该层内光辐射束的吸收与dL和kL成指数关系，该关系用方程(8)表示。
在图6中，示出了吸收和记录层厚度之间函数关系的模型化结果。实线表示精确计算而虚线表示方程(9)的近似。注意，该近似对于L1叠层最佳，并且对于L0叠层来讲是合理的。
在图7中，示出了对于各种Rmin的值，记录层L1的最大允许k值和记录层厚度dL1的函数关系。
在图8中，画出了Rmin＝0.18的特殊情况，其中允许的k值范围用阴影表示。
在图9中，除了画出图8的内容之外还另外添加了BD的图形进行比较。
应该注意，上述实施例是用于阐述而非限制本发明，本领域技术人员在不离开所附权利要求的范围内可以设计出许多备选实施例。在权利要求书中，放在圆括号中的任何参考记号不应被理解为限制该权利要求。单词“包含”并不排除在权利要求中所列元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。元件之前的单词“一个”并不排除存在多个该元件。在相互不同的从属权利要求中引用的特定测量的纯粹事实并不表示这些测量的组合就不具有这些优点。
根据本发明，描述了使用波长为λ的聚焦辐射束(9)进行记录的双叠层光学数据存储介质(10)。该辐射束在记录时穿过介质(10)的入射面(8)进入。该介质包含至少一个衬底(1、7)，其侧面上具有称为L0的第一记录叠层(2)，其包含可记录类型L0的记录层(3)，所述第一记录叠层L0在波长为λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0；称为L1的第二记录叠层(5)，包含可记录类型L1的记录层(6)，所述第二记录叠层L1在波长为λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1，所述第二记录叠层比第一记录叠层更加靠近入射面；以及夹在记录叠层(2、5)之间的透明间隔层(4)。通过满足公式AL1≤1-Rmin-(Rmin/RL0),]]>该公式中Rmin为每个记录叠层要求的最小有效光学反射值，可以实现与介质的只读(ROM)型式的完全兼容。
权利要求
1.一种使用波长为λ且记录时穿过介质(10)入射面(8)的聚焦辐射束(9)进行记录的双叠层光学数据存储介质(10)，包括至少一个衬底(1、7)，其侧面上具有称为L0的第一记录叠层(2)，包含可记录类型L0的记录层(3)，所述第一记录叠层L0在波长为λ处具有光学反射值RL0和光学吸收值AL0；称为L1的第二记录叠层(5)，包含可记录类型L1的记录层(6)，所述第二记录叠层L1在波长为λ处具有光学反射值RL1和光学吸收值AL1，所述第二记录叠层比第一记录叠层更加靠近入射面；夹在记录叠层(2、5)之间的透明间隔层(4)，所述透明间隔层(4)厚度基本上大于聚焦辐射束(9)的聚焦深度；其特征在于AL1≤1-Rmin-(Rmin/RL0),]]>该公式中Rmin为每个记录叠层要求的最小有效光学反射值。
2.根据权利要求1的双叠层光学数据存储介质(10)，其中AL1≤AL0。
3.根据权利要求2的双叠层光学数据存储介质(10)，其中1.5AL1≤AL0≤2.5AL1。
4.根据权利要求1-3的双叠层光学数据存储介质(10)，其中，可记录类型L1记录层(6)在波长λ处的复折射系数为n~L1λ=nL1λ-i*kL1λ]]>且厚度为dL1，且满足下式kL1λ≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π*dL1).]]>
5.根据权利要求4的双叠层光学数据存储介质(30)，其中，可记录类型L0记录层(3)在波长λ处的复折射系数为n~L0λ=nL0λ-i*kL0λ]]>且厚度为dL0，且满足下式kL0λ≤{λ*ln[1/(Rmin+(Rmin))]}/(4π*dL0).]]>
6.根据权利要求5的双叠层光学数据存储介质(10)，其中λ约为655nm，Rmin＝0.18。
7.根据权利要求5的双叠层光学数据存储介质(10)，其中λ约为405nm，Rmin＝0.04。
8.根据权利要求5的双叠层光学数据存储介质(10)，其中λ约为405nm，Rmin＝0.12。
9.对于双叠层记录使用前述权利要求中任一项所述的光学存储介质(10)，其中有效光学反射率水平大于第一记录叠层L0和第二记录叠层L1的Rmin，Rmin为所需要的最小反射率水平。
全文摘要
描述了使用波长为λ的聚焦辐射束(9)进行记录的双叠层光学数据存储介质(10)。该辐射束在记录时穿过介质(10)的入射面(8)进入。该介质包含至少一个衬底(1、7)，其侧面上具有称为L
文档编号G11B7/253GK1723498SQ200380105603
公开日2006年1月18日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年12月13日
发明者H·C·F·马坦斯, B·蒂克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司