专利名称：可写光学记录载体的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括承载记录叠层的衬底的可写光学记录载体。本发明还涉及使用预定波长的电磁辐射束在可写光学记录载体上写信息的方法，波长优选范围为230nm至800nm。
通过增加物镜的数值孔径和减小激光波长，可写光学记录载体在数据容量方面已经得到渐进的增长。总数据容量从650MB(CD，NA＝0.45，λ＝780nm)增加到4.7GB(DVD，NA＝0.65，λ＝670nm)，并最终增加到25GB(蓝光光盘(BD)，NA＝0.85，λ＝405nm)。由此采用两种不同的写方法对于一次写入的CD-R和DVD+R采用染料记录，对于可重写的CD-RW、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW和BD-RE采用相变记录。
相变记录介质通常包括相变材料作为记录层，该记录层夹在两个电介质ZnS-SiO2层之间的叠层内。相变材料典型地为具有耐用的多晶结构的合金，例如由锗、锑和碲或者铟、银、锑和碲组成的合金。在该记录叠层的一个侧面上沉积镜面层，该镜面层通常由诸如金或铝或银的金属制成。记录叠层沉积在诸如聚碳酸酯衬底的衬底上。由记录信号调制的写激光束从衬底一侧进入记录介质时将主要被记录层吸收，而被镜面层吸收的激光部分远小于5％至10％。因此，金属合金被局部加热。当温度超过大约500℃至700℃时，合金的相变化为非晶态。通过相邻的电介质层的快速热传导导致合金迅速冷却，从而稳定该非晶态。因此写标记保留下来。施加降低功率的激光束可以擦掉写标记。因此，记录层被加热到约200℃的温度，引起相转变回到结晶相。结晶相(基态)具有高的反射率，相反地非晶相(写状态)的反射率降低。因此，聚焦在所述记录叠层上的读出束被记录层反射，根据其撞击写标记(坑)还是未写区域(平台)而反射强度不同。
染料记录类型光盘通常包括聚碳酸酯衬底，其在第一侧面上具有用作记录层的有机染料层。已知的染料材料为花青、酞菁染料和金属化偶氮染料。典型地为金或银层的反射金属层被附着到与衬底相对的所述记录层的第二表面上。从衬底一侧进入叠层的写激光束将部分地被记录层吸收，记录层以这样的方式被加热。因此，染色色素持久并可逆地改变其颜色和结构，即记录层被局部地漂白和分解。同样地，记录叠层可能发生一些机械变形。撞击以这种方式写入的标记的读出束将被该漂白区域部分散射。因此，在所述反射金属层处反射光线强度取决于读出束是撞击标记还是几乎未受干扰地穿过记录层。
对优化用于特定波长记录的染料的不断增长的需求、对更快记录速度的竞争、以及对更高数据容量和更低成本的一般需求促进制造商寻求新的记录材料。同时，已经开发用于特定记录系统(诸如CD-R)的材料由于其在那些波长的光学性能而不被考虑用于其它系统(例如DVD)。例如，这些材料被认为是不适用于在需要的波长处记录信息，因为光线不会被处于初始(未记录)状态的这些材料充分地吸收。
因此，本发明的一个目标为提供可写光学记录载体以及在该可写光学记录载体上写信息的方法，其中该可写光学记录载体包括在未记录状态时对于预定波长的电磁辐射入射束基本上是透明的记录层。
根据本发明，通过一种可写光学记录载体实现这个目标该可写光学记录载体包括承载记录叠层的衬底，该记录叠层依次包括记录层和形成在所述记录层上与衬底相对的第一吸收层。该记录层在初始(未记录)状态时对于预定波长的电磁辐射入射束基本上是透明的，并包括加热时改变其光学特性的材料。第一吸收层包括对预定波长的吸收系数足够高以将入射束转化为热量并因此改变所速记录层材料的光学特性的材料。优选地，记录层包括在初始的未记录状态时基本上是透明的有机染料材料，吸收层为电介质。根据本发明的另一个优选实施例，记录载体包括第二吸收层，其位于毗邻所述记录层的所述第一吸收层的对立侧面上，因此被夹在记录层和衬底之间。同样，可以使用覆盖层，激光束穿过该覆盖层被聚焦。
根据本发明的权利要求12，通过在该可写光学记录载体上写信息的方法进一步实现该目标，其中标记代表通过预定波长的电磁辐射束写入的信息。根据本发明的方法包括如下步骤将写单元置于相对于所述记录载体的预定位置；通过写单元产生具有预定写功率的所述辐射束；在第一吸收层内至少部分地吸收所述辐射束，由此产生第一热斑点；将在第一吸收层内产生的热量向记录层传导；以及通过第一吸收层中从热斑点传导来的热量局部地改变所速记录层材料的光学特性。
在从属权利要求11和12中定义用于在该可写光学记录载体上写信息的另外的优选实施例。
然而，所有已知的记录方法和诸如CD-R、CD-RW、DVD+R、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW和BD的可重写或一次写入记录载体利用对记录层的直接加热，而本发明提供了非直接加热的记录方法。因此，本发明允许采用对预定波长的电磁辐射束基本上是透明的材料进行记录信息。这使得有机会应用诸如CD-R、CD-RW、DVD+R、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW记录的充分标准化的光学记录方法，例如，采用目前为止由于其在预定波长的吸收系数低而被所述标准认为不适用于该目的的材料。
通过下述对优选实施例并结合附图的说明，本发明的上述及其它目标、特征和优点将变得明显，附图中
图1阐述了根据本发明第一实施例的可写光学记录载体的截面图。
图2示出了根据图1的记录载体沿深度方向的温度分布。
图3示出了根据图1的记录载体对包括六个短写脉冲的写策略的温度响应。
图4示出了根据图1的记录载体的径向温度响应。
图5阐述根据本发明第二实施例的可写光学记录载体的截面视图。
图6示出了根据图5的本发明第二实施例的记录载体沿深度方向的温度分布。
图7阐述根据本发明第三实施例的可写光学记录载体的截面视图。
图8示出了根据图7的记录载体的光学性能。
图9阐述了具有九个写脉冲和三个内嵌的调制电平的多脉冲写策略。
图10示出了与图9所示写策略相对应的计算的标记形状的深度分布图。
根据本发明的第一优选实施例，用于可写光学记录载体的具有如图1所示的最简单叠层设计的记录叠层(所谓的DA叠层)包括有机染料层D，其作为记录层被附着到由电介质ZnS-SiO2制成的第一吸收层A。电介质层的选择取决于在指定波长范围内的吸收。根据本实施例，电磁辐射入射束选择为λ＝266nm。从表1可以看出，ZnS-SiO2在该波长具有相对高的吸收系数。因此，该材料作为电磁辐射的吸收体。有机染料材料的降解温度，即染料开始分解的温度，约为300℃。根据本实施例的吸收层厚20nm。记录层厚度为30nm。
根据本实施例，将记录叠层的记录层侧面沉积在衬底S上，该衬底例如由聚碳酸酯、有机玻璃、非晶聚烯烃或玻璃制成。记录层的厚度范围为1nm至200nm，第一吸收层厚度范围为1nm至500nm。记录载体可以为从空气入射的类型，或者另外具有附着到吸收层的保护覆盖层，该覆盖层未在图1中示出。该覆盖层可以由例如硅酮树脂184(见表1)制成。例如，对于BD光盘，该层厚度约为100μm。根据图1的实施例代表一次写入记录叠层。
由置于相对于记录载体的预定位置的写单元产生图1中用箭头表示的UV激光束。该光束从吸收层的侧面入射到叠层并由所述写单元将其聚焦到叠层上。对于存在覆盖层的情形，光线穿过该覆盖层被聚焦。随后，由电磁辐射传输的能量部分地被吸收到电介质ZnS-SiO2层内。换而言之，电磁能量被转换为第一吸收层内的第一热斑点。尽管相邻有机染料层在紫外波长处基本上是透明的(见表1)且该层本身的吸收太小难以产生改变其光学性能所需的足够热量，通过热传导从吸收层向有机染料层的热扩散在足够高的激光功率下在有机染料层中引起温度上升，使其温度超过染料的漂白/分解温度。按照这个方式，通过非直接加热在其一个功能状态下基本上为透明的记录层材料内写入标记，该功能状态即在未记录状态下具有小的吸收系数，在已记录状态下具有更高的吸收系数(见表1)。
表1
参考图2，示出了根据图1的记录载体叠层中沿z方向的温度分布T/Tdeg，其中Tdeg代表记录染料的分解温度。z值增加的方向垂直于叠层延伸并与图1所示的从吸收体侧面A进入叠层的入射束的方向相反。有机聚碳酸酯衬底S具有低的热导率。该衬底被附着到有机染料层D，层D在该特别实例中的厚度为30nm。处于未记录的初始状态的染料层和衬底具有几乎相同的光学性能。
响应波长为266nm的入射紫外激光束，温度在延伸穿过吸收层A的平台处达到其最大值，由于从吸收层的热泄漏而向吸收层的两个侧面降低。因此，根据本发明的染料层被ZnS-SiO2电介质吸收层内吸收的激光间接地加热。由于染料层和衬底的热学(或光学)性能，尤其是由于相似的小吸收系数和相似的热阻，吸收层两侧的温度降低几乎是对称的。注意，该结果并非为一般的结果，其更多地应归功于所提出的实施例。
使用的脉冲写策略具有2ns的写脉冲，每对所述写脉冲之间的冷却间隙持续4ns。这些脉冲沿轨道的记录速度为10m/sec。图3示出了根据本发明第一实施例的叠层对具有预加热和随后加热电平即在脉冲序列之前和之后具有适当功率电平的六个写脉冲的温度-时间响应。每个写脉冲用数字表示。根据于此，所述叠层具有缓慢的冷却响应。温度降低很慢，使得温度随每个写脉冲而累加直到5个脉冲之后才达到约1.5×Tdeg的最大值。当归一化温度T/Tdeg达到大于1的值时，叠层的温度超过染料材料的降解(或分解)温度。
由于其缓慢的冷却响应，根据本发明第一实施例的可写光学记录载体最适用于WORM(一次写入多次读出)光盘。因此，除了在诸如CD-RW，DVD-RW的可重写相变记录介质的情况下，缓慢的冷却行为并不阻碍数据存储。
从图4可以看出，电介质层中的吸收导致比基于光学定标法则的预期温度分布略微更宽的温度分布。其中，实心三角形符号表示聚焦在根据图1的叠层上的激光束的斑点尺寸。空心方形符号表示电介质吸收层内沿以y/R0＝0的激光束中心为起点的径向温度分布。然而，当使用约为1.2×至1.5×Tdeg的最大温度时，即大约350℃至550℃，在中心轨道写信息时，以y/R0＝1起点并延伸到y/R0＝2的相邻轨道内的温度不会超过Tdeg。由于达到Tdeg时染料材料组或多或少的突然漂白实际上为阈值现象。因此将不会发生相变材料中已知的交叉写退化。换而言之，激光束在中心轨道写信息时，相邻轨道不会发生严重退化。
因此，尽管从相变记录介质中通常已知的吸收层由于其高的热导率而引起相对大的热扩散，根据本发明的记录有机染料层和吸收电介质层的热学性能小得多，使得第一吸收层中第一热斑点(叠层中的热源)非常窄。因此，热源被充分地局域化，使得可以在有机染料记录层中写入非常小的标记。
根据本发明的第二优选实施例，可写光学记录载体包括承载根据图5的记录叠层的衬底。该记录叠层包括记录染料层D和形成在所述记录染料层D上的第一吸收层A1。在所述记录层和所述衬底之间存在与附着到记录层D的第二表面上的第一吸收层A1相对的第二吸收层A2。因此获得所谓的ADA记录叠层。该第二吸收层的厚度范围为1nm至100nm。然而，根据该特殊实例，两个电介质吸收层A1和A2的厚度可达到20nm，D层厚度为40nm，使得ADA叠层是对称的。如图5所示，紫外光束从A1一侧进入叠层。可选择地，出于保护的目的，在ADA叠层的顶部上存在优选由硅酮树脂184(见表1)制成的覆盖层。
再次，以10m/sec的记录速度施加波长为266nm的紫外激光束，使用的写脉冲策略具有每个长2ns的六个写脉冲，每对写脉冲之间的冷却间隙为4ns。随后得到根据图6的温度分布。第一电介质吸收层A1所吸收的入射光束的最大量对应于图6中z值更大的右边区间段。按照这种方式，在其中产生第一热斑点(叠层中的第一热源)。残余光线随后穿过初始(未记录)状态基本上透明的染料层。光束最后部分地被第二电介质吸收层A2(z值较小)吸收，由此在其中产生第二热斑点(叠层中的第二热源)。热量从两个热源向记录染料层(D)传导。因此，记录染料层内的温度累加，该温度因此部分超过各个吸收层内获得的值。此外，并不出现结合图2提及的简单DA叠层中已知的染料层内相当陡峭的温度梯度。因此，穿过夹在两个吸收层A1和A2之间的记录染料层的温度分布更加均匀，所以穿过记录层的染料材料漂白/分解将变得更加均匀。
图7阐述了本发明另一个优选实施例。此处所示的记录载体包括置于衬底S上的ADA叠层。该ADA叠层包括第一电介质吸收层A1、第二电介质吸收层A2、和夹在两个吸收层之间的记录染料层D。ADA叠层并不对称，特别地，第一吸收层A1厚度为4nm，记录层D厚40nm，第二吸收层A2厚28nm。将ADA叠层的A2侧面置于所述衬底上。覆盖层C置于与衬底S相对的ADA叠层的A1侧面上。
图8示出了根据图7所示优选实施例的记录载体的光学性能。如图7所示从覆盖层侧面C进入叠层的波长为266nm的读出紫外激光束在该叠层处由于折射率不匹配而被反射。用实心圆表示在未记录初始状态区域(平台)被反射的光线强度和入射光束的百分比。三角形表示记录载体光学对比度的百分比，由此该光学对比度代表入射光束撞击染料层的已写入或漂白的终态区域(坑)时反射光的衰减。可以从图8看出，初始状态区域处反射光的强度以及光学对比度取决于A2层的厚度。在厚度为28nm优化值时，初始状态反射强度为入射束的9.2％，光学对比度为入射束的83.5％。因此，初始状态区域处反射光强度和终态区域反射光强度相差7.7％。
根据优选实施例的AD或ADA记录叠层设计可以进一步延伸到具有附加(多)层结构以提高记录载体诸如反射率的光学和热学性能。可以获得例如I-A-D-A-I叠层，其中D表示记录染料层，A表示吸收层，I表示附加的电介质、金属或吸收层。
本发明的另一个实施例提供了采用非直接加热记录叠层的单侧双层类型的记录载体，像已知的DVD和BD技术那样只从一个侧面读取该载体。因此，优选通过薄的间隔层将根据本发明的半透明AD/ADA叠层或其它记录叠层与另一个叠层分隔开。例如该间隔层厚10μm至50μm，并优选地由硅酮树脂184制成。可以以一定的方式采用该叠层，使得第一叠层(即位于光线进入记录载体的侧面上的叠层)中的透射率约为50％或者更大，且第二叠层的反射率约为第一叠层反射率的4倍。
通过采用根据本发明的非直接加热方法，同样可以获得可以从两个侧面读取信息的双侧记录载体。而且，采用非直接加热方法的单侧双层和双侧记录载体的组合是可行的。
根据本发明的另一个实施例，包括根据本发明的AD/ADA或其它记录叠层的记录载体可以采用多电平记录方法。通过采用多电平记录写策略，可以在记录载体的记录层中写入不同尺寸和深度的标记。
图9阐述了包括九个写脉冲的脉冲序列(具有三个内嵌调制电平)的所谓10T标记。由此，不同调制电平对应不同的写激光束的写入功率。该标记的写入从三个低功率电平脉冲开始，接着是中等功率电平的三个脉冲，并以三个高功率电平的脉冲结束。
图10描述了在根据本发明第一实施例中包括DA叠层的记录载体中以10m/sec的记录速度产生的最终计算的标记形状。水平地示出沿轨道的方向，垂直地示出标记的宽度，其宽度以0处的轨道中心为起点。不同的轮廓线表示不同深度处的标记边缘。因此，z＝144(小空心圆)对应于在仅靠近相邻吸收层的染料层底部内写入的标记，z＝130(大实心圆)对应于与吸收层相对且最靠近衬底的染料层上表面下写入的标记。从图10可以看出，低功率电平的脉冲在距离吸收层不远的深度中产生在标记内可分辨的部分交叠的三个点(小空心圆、小实心圆、和中等尺寸空心圆)。中等电平的脉冲产生比低功率写脉冲所产生的点更深且更宽的三个点(小实心圆、中等尺寸实心圆、及大空心圆)。最后，在图10右侧由高功率电平写入的点达到一直跨过记录染料层的最大深度，点的最大宽度超过0.1μm(对于所有的符号)。
以这样的方式，标记的不同深度为反射读出束提供不同的光学路径长度。此外，标记的宽度导致反射读出束的不同调制电平。因此，当读出以上述方式写入的标记时，可以探测到其不同深度和宽度，从而允许多电平记录。
另外的写策略也是可行的。标记长度不仅可以由多个写脉冲确定，也可以由具有不同长度的单个写脉冲确定。例如，可以使用单个长的写脉冲，七个分离脉冲(N-1写策略)或者使用四个脉冲(N/2写策略)写入一个8T标记。
用于写入单个标记的一个子脉冲序列内的不同功率电平，不仅可以应用于多电平记录，也可附加地用于避免加热叠层。例如，在光学记录载体上写信息时，可以根据与所采用的记录叠层的热学性能相关的预定写策略改变写入激光束的写入电平。
注意，本发明不限于上述优选实施例。可以应用其它记录层材料和/或吸收层材料。此外，本发明不限于一次写入记录载体和方法。对于不同于上述波长范围的波长范围，也可以采用其它可写记录载体。
权利要求
1.一种可写光学记录载体，包括承载记录叠层的衬底，该记录叠层依次包括记录层，以及形成在所述记录层上与衬底相对的第一吸收层，该记录层在初始(未记录)状态时对于预定波长的电磁辐射入射束基本上是透明的，并包括加热时改变其光学特性的材料，第一吸收层包括对预定波长的吸收系数足够高以将入射束转化为热量并因此改变所述记录层材料的光学特性的材料。
2.根据权利要求1的记录载体，其特征在于所述记录层包括有机染料材料。
3.根据权利要求1或2的记录载体，其特征在于所述记录载体进一步包括第二吸收层，其位于所述记录层和所述衬底之间的所述第一吸收层的对立侧面上。
4.根据权利要求1至3中任一项的记录载体，其特征在于所述第一和第二吸收层材料为具有低热导率的材料。
5.根据权利要求4的记录载体，其特征在于所述第一和第二吸收层材料为ZnS-SiO2。
6.根据权利要求1至5中任一项的记录载体，其特征在于所述记录叠层进一步包括一个或多个毗邻所述第一和/或第二吸收层的附加层，以提高记录载体的光学和热学性能。
7.根据权利要求1至6中任一项的记录载体，其特征在于所述记录载体进一步包括附着到位于所述衬底对立侧面上的所述记录叠层上的覆盖层。
8.一种在可写光学记录载体上写信息的方法，该记录载体包括承载记录叠层的衬底，该记录叠层依次包括记录层，其在初始(未记录)状态时对于预定波长的电磁辐射入射束基本上是透明的，并包括加热时改变其光学特性的材料，以及在与衬底相对的所述记录层上形成的第一吸收层，在该方法中标记代表通过预定波长的电磁辐射束写入的信息，该方法包括如下步骤将写单元置于相对于所述记录载体的预定位置；通过写单元产生具有预定写功率的所述辐射束；所述辐射束透射穿过所述记录层而不改变所述记录层材料的光学特性；在第一吸收层内至少部分地吸收所述辐射束，由此产生第一热斑点；将在第一吸收层内产生的热量向记录层传导；以及通过第一吸收层中从热斑点传导来的热量局部地改变所述记录层材料的光学特性。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于通过在位于所述记录层和所述衬底之间的所述第一吸收层的对立侧面上的第二吸收层内至少部分地吸收所述辐射束而产生第二热斑点；将第二吸收层中产生的热量向记录层传导，且其中通过从第一和第二吸收层中热斑点传导来的热量局部地改变记录层材料的光学特性。
10.根据权利要求8或9中任一项的方法，其特征在于在所述光学记录载体上写信息时，所述辐射束的写功率是变化的，使得可以写入不同尺寸和/或深度的标记。
11.根据权利要求8至10中任一项的方法，其特征在于在所述光学记录载体上写信息时，所述辐射束的写功率是变化的，以补偿记录载体的加热。
全文摘要
本发明涉及可写光学记录载体和在该可写光学记录载体上写信息的方法。该记录载体包括承载记录叠层的衬底，该记录叠层依次包括记录层和吸收层。记录层对于入射光束基本上是透明的，并包括加热时改变其光学特性的材料。第一吸收层将入射光束转化为热量，从而非直接地改变记录层材料的光学特性。该方法包括如下步骤将写单元置于预定位置，使用写单元产生光束，在第一吸收层内至少部分地吸收该光束，由此产生第一热斑点，将热量向记录层传导，并局部地改变记录层材料的光学特性。
文档编号G11B7/257GK1729524SQ200380106843
公开日2006年2月1日 申请日期2003年11月20日 优先权日2002年12月19日
发明者A·米吉里特斯基, E·R·梅恩德斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司