专利名称：用于信息的光存储和恢复的记录载体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于信息的光存储和恢复的记录载体。
背景技术：
信息时代带来了用户可利用信息的爆炸。(个人)计算机被普及且经由计算机网络的全球通信网被连接。逐渐降低的存储信息的成本和相同小体积设备逐渐增加的的存储容量，已经成为这种革命的关键。尽管已满足当前存储需要，但存储技术持续改进以跟上快速增加的需求。
用于在开头段中提到的该种光存储的记录载体在本领域是众所周知的。尽管，将单个位(bit)在记录媒介的表面上存储为不同磁性的或光的变化的磁性和常规光信息存储技术正在接近物理极限，超过该物理极限、单个位(bit)可能太小和/或太难而不能存储和/或区分。象元间或码元间干扰是一个具体象素处的强度损害相邻象素处的信息的现象。物理上，这种干扰出现于(光学)信道的带限，源自于透镜系统的光学衍射或时变色差。
二维(2D)信息存储提供了数据速率增加还有数据密度增加的可能性。在(并行)读出期间，信号中增加的串音干扰可被处理。然而，写入信息期间位间的紧密临近要求能够独立转换位而无明显串音干扰的措施(measure)。
发明内容
本发明的目的在于全部或部分消除上述缺陷。依据本发明，为此在开头段落中提到的这种用于信息的光存储和恢复的记录载体包括基底，用于保存信息的活性层，该活性层为信息的存储和恢复使用位单元(bit position)编码，和用于在活性层中写入信息期间屏蔽能量的能量屏蔽层。
在常规一维(光)记录载体中，沿螺旋线写入单个位行。一般地，选择足够大的记录槽间距，以将相邻记录槽间的热串音干扰减少至可接受的水平。此外，记录染色层，或可替换地，无机相变层在记录媒介上均匀分布。在染色层的情况下，由于例如存在在旋涂期间影响槽脊上和沟槽中染料厚度的预制沟槽结构，这些层可能不是均匀的分布在记录介质上的。取决于旋转状况，槽脊上和凹槽中记录材料厚度的对比可能是明显的。
当信息被存储(记录或编码)在记录载体中时，优选地，存储装置(例如激光束)的光点直径(spot size)使得只有在期望的位单元处的活性层被激活或去活，且相邻位单元(实际上)不受存储装置的影响。但是，假如位密度高于存储装置的光点直径的分辨能力时，将引入在(相邻)位单元间的不利串音干扰。依据本发明，能量屏蔽层当向活性层中写入信息时屏蔽能量，实质上降低存储装置的光点直径。能量屏蔽层增强存储装置(的光点直径)在信息将被写入的位单元处的效果，同时能量屏蔽层降低记录装置(的光点直径)对将被写入信息位的邻近位的影响。能量屏蔽层的作用在于，记录装置的光点直径被“实质上”限制至尺寸小于记录装置的光点的实际尺寸的位单元。以这种方式，(相邻)位间的串音被大大减少。因此，在依据本发明在记录载体中可以实现相对高的位单元密度。
在本说明书和权利要求书中活性层被理解为其中可以存储(编码)和改变信息的层。在本说明书和权利要求书中的“信息”被理解包括存储在记录载体上的信息或从记录载体上恢复的信息(例如音乐或视频图像等)，还有可存在在记录载体上类似引导信息、关于复制保护的信息等的其他信息或数据。
依据本发明的记录载体可以是光盘，只读光盘(CD)、CD-ROM、CD-R、CD-RW和DVD、BD、光存储卡、以及类似产品。此外，依据本发明的记录载体可是HDD或带有光辅助的磁卡。
通过提供能量屏蔽层，记录载体的光特性(实质上)是图案化的。能量屏蔽层可以在各种实施例中实现。能量屏蔽层的一个实施例是在能量屏蔽层中提供图案化的掩模。能量屏蔽层的另一个实施例是为了提供可转换的掩膜层。
依据本发明的记录载体的优选实施例的特征在于，能量屏蔽层包括图案化的反射掩膜层。通过使用位于活性层上的图案化的反射掩膜层，可以单个识别出比记录装置的光点直径更接近的位单元而没有串音干扰。图案化的反射掩膜层使位单元间光分离，该位单元间光分离实际上超过记录装置的分辨能力。图案化的反射掩膜层增强存储装置(的光点直径)在将写入信息的位处的效果，同时图案化的反射掩膜层降低记录装置(的光点直径)对在写入信息位的邻近位的影响。以这种方式，(相邻)位单元间的串音干扰被大大减少。
优选地，图案化的反射掩膜层包括具有相当高导热率的材料。包括具有相当高导热率的材料的图案化的反射掩膜层作为活性层的位间部分的散热(heat-sink)层。活性层的位间部分通过散热来冷却。
优选地，图案化的反射掩膜层包括金属或金属合金，优选包括银化铝、金或铜。金属，特别铝是合适的散热材料。此外，其具有有利的材料特性。被选择的材料应当优选对氧化呈现惰性。合适的金属合金是Au合金、Ag合金、Al合金。记录槽(包括掩膜和记录层以及可能的其它介电和金属层)的热和光特性可通过选择适当的材料来调整。此外，反射掩膜层的厚度可选择具有有利的特性。例如，厚金属反射掩膜层具有相对高的冷却容量。另外，可以调整不同层的厚度以形成(多层)干扰记录槽。
依据本发明的记录载体的一种可替换优选实施例的特征在于，能量屏蔽层包括可转换掩膜层。在将信息存储在活性层中期间，可转换掩膜层在信息将被存储的位单元的位置处大致上是透明的，同时在围绕将存储信息的位单元的位单元处可转换掩膜层是不透明的。在将信息存储在活性层中的信息将被存储的位单元的位置处期间，记录装置的光点的功率被增加至预先确定的阈值之上，使在信息将被存储的位单元的位置处和在围绕信息将被存储的位单元的位单元处可转换掩膜层是不透明的(或吸收或反射)。通过在信息将被存储的位单元的位置处使用记录装置的更高光点功率，在信息将被存储的位单元的位置处可转换掩膜层再次变得透明，同时在围绕信息将被存储的位单元的位单元处可转换掩膜层基本上是不透明的。
可转换掩膜层增强在信息将被写入的位单元处存储装置(的光点直径)的影响，同时可转换掩膜层减少记录装置(的光点直径)对在信息将被写入的位的相邻位的影响。应用可转换掩膜层的另一益处在于，可转换掩膜层的阻挡部分可远大于与最接近相邻位之间的距离。可转换掩膜层的又一益处在于，其与相对难于使用非可转换掩膜型实现的多层存储(2个或多个记录层)是兼容的。
依据本发明的记录载体的优选实施例的特征在于，可转换掩膜层在从活性层恢复信息期间大致是透明的。仅仅在将信息存储在活性层内信息将被存储的位单元处期间，记录装置的光点功率被增加至预定阈值之上，从而使可转换掩膜层是不透明的。在信息恢复期间，可转换掩膜层是大致透明的。
优选地，可转换掩膜层包括热变色层。热变色层在给定波长范围处呈现温度相关的吸收或反射特性。譬如，在温度增加的情况下，吸收最大值可被向红(红移)或向蓝(hypsochromically)(蓝移)偏移。在可替换实施例中，使用具有不同的温度相关的吸收或反射特性的两个不同热变色材料。
边界条件是可逆的热变色效应的循环性(即，可以实现的热变色转变的次数)，该热变色效应在每次信息被存储在活性层中必须发生。此外，因为功率消耗和材料稳定性的原因，需要启动该效应的温度差异应当相当低。在另一方面，热变色效应必须在记录载体的操作温度之上。
依据本发明的记录载体的另一可替换的、优选实施例的特征在于，能量屏蔽层包括图案化反射掩膜层和可转换掩膜层。
在从属权利要求中限定其他有益实施例和进一步的改进。
现将参考大量实施例和附图，详细解释本发明，其中图1显示依据本发明的用于信息的光存储和恢复的记录载体；图2A显示用于信息的光存储和恢复的记录载体实施例在将信息存储在预选择位单元处的活性层中期间的侧视图，该记录载体包括图案化反射掩膜层；图2B显示如图2A中所示的记录载体的顶视图；图3A显示依据本发明的包括热变色(thermo-chromic)层的记录载体的温度曲线；图3B显示如图2A中所示的热变色层的作为温度函数的传输函数；图4A显示依据本发明的包括热变色层的记录载体在将信息存储在预选择位单元处的活性层中期间的侧视图；图4B显示如图4A中所示的记录载体的顶视图；图5A显示如图3A中所示的记录载体从预选择位单元处的活性层中读取信息时的侧视图；图5B显示如图5A中所示的记录载体的顶视图；图6A显示对于红移热变色层(bathochromic thermo-chromiclayer)作为波长函数的吸收特性；图6B显示对于蓝移热变色层(hyposochromic thermo-chromiclayer)作为波长函数的吸收特性；图7显示对于胆甾型液晶(cholesteric)材料作为波长函数的传输特性；图8显示依据本发明的用于信息的光存储和恢复的记录载体的实施例，该记录载体包括图案化反射掩膜层和可转换掩膜层。
附图仅仅是示意性的，并没有按真实比例描绘。为了清楚起见，一些尺寸特地被大大夸张。在附图中，等效部件尽可能多的给予了相同参考标记。
具体实施例方式
图1完全示意性地显示依据本发明的用于信息的光存储和恢复的记录载体。在图1中，以可能位单元的螺旋形式的带或记录槽提供基底1。在信息存储和恢复的情况下，螺旋分别依照存储或恢复方式。
图2A完全示意性显示在将信息存储在预选择位单元处的活性层中期间，用于信息的光存储和恢复的记录载体实施例的侧视图，该记录载体包括图案化反射掩膜层3。图2B显示如图2A中所示的记录载体的顶视图。所述记录载体包括基底1。该基底配置有用于保存信息的活性层2。活性层2使用用于信息存储和恢复的位单元编码。
优选地，所述
活性层2是记录染色层(dye layer)(一般用于WORM记录媒介)。优选地，该层通过例如旋涂(spin coating)、压花(embossing)、模制、(光)刻法、微接触印刷或汽相淀积的常规技术被沉积。可替换地，无机相变层也可被用作WORM或可重写记录媒介。优选地，后者由喷镀(sputtering)沉积。
在完全示意性的图2A和2B中，在活性层2中指示可能的位单元5、5′、5″、...。在记录载体中，信息被存储在这些位单元5、5′、5″、...及从这些位单元中恢复。
在图2A中，用于在向活性层1中写信息期间屏蔽能量的能量屏蔽层位于活性层2上。在图2A的例子中，能量屏蔽层是嵌入在透明包覆层18内的图案化反射掩膜层3。图案化反射掩膜层3包括具有相对高导热率的材料的壁6、6′、...，所述材料优选金属，更优选铝。在图2A和图2B中，该壁6、6′、...围绕可能的位单元5、5′、5″、...，在可选择实施例中，只提供壁6、6′、...的部分。
如图2A和2B所示，当信息被存储(记录或编码)在记录载体中时，存储装置(例如激光束)的光点直径优选地使得只有期望位单元处的活性层被激活或去活，且相邻位单元(实际地)不受存储装置的影响。然而，假如位密度高于存储装置的光点直径的分辨能力，则引入(相邻)位单元间的不利串音干扰。
在图2A中，由存储装置发射的光束由锥形光束8来示意性表示。此外，在图2A中使用曲线9表示存储装置的光点的密度曲线；在图2b中，密度曲线由带有参考标记9的虚线圆来表示。在图2A中存储装置的光点的热曲线由曲线10来表示。在图2A和2B的例子中，图案化的反射掩膜层3的壁6、6′、...形成在记录载体的活性层2上的六边形结构。相应地，热曲线在图2B中使用带有参考标记10的虚线六边形来表示。当在活性层2中写入信息时，图案化的反射掩膜层3通过实质上减小存储装置的光点直径屏蔽能量。图案化的反射掩膜层的作用在于，光点直径被实质上限制至在图2A和2B中使用参考标记5表示的“中心”位的大小。
通过使用位于活性层2上的图案化的反射掩膜层3，位单元5、5′、5″、...可被单独辨别而无串音干扰。图案化的反射掩膜层3可使位单元5、5′、5″、...之间光分离，其实际上超过记录装置的分辨能力。因此，依据本发明可以识别记录载体中相对高密度的位单元5、5′、5″...。
尽管在图2A中，图案化的反射掩膜层3被显示在活性层2的顶部，但图案化的反射掩膜层还可形成记录栈(recording stack)的主要部分。
图3A显示在依据本发明的包括热变色层的记录载体的活性层中写入信息期间的温度曲线W，该曲线是活性层2上位置x的函数。相应地，图3B显示在从包括热变色层的记录载体的活性层2中恢复信息期间作为温度t的函数的传输T。只要记录装置的光点的功率低于预定第一阈值(在图3A的温度W中由区域21指示，相对应地，在图3B的传输T中由21指示)，可转换掩膜层13就是透明的。
在将信息存储在活性层中期间，可转换掩膜层13在要存储信息的位单元5的位置处必须大致上是透明的，同时可转换掩膜层13在围绕位单元5的位单元5′、5″、...处大致上是不透明的。将信息存储在位单元5的位置处的活性层2中期间，记录装置的光点的功率被增加至超过预定第一阈值(在图3A的温度W中，相对应地，在图3B的传输T中由区域22指示)，使得可转换掩膜层13在位单元5的位置处和围绕位单元5的位单元5′、5″、...处是不透明的(或吸收或反射)。通过进一步在位单元5的位置处增加记录装置的光点的功率至预定第二阈值之上(在图3A的温度W中由区域23指示，相对应地，在图3B的传输T中由区域23指示)，可转换掩膜层13在位单元5的位置处再次变得透明，而同时可转换掩膜层13在围绕位单元5的位单元5′、5″、...处基本上保持为不透明的。
可转换掩膜层13增强了存储装置(的光点直径)在被写入信息的位5处的效果，而同时可转换掩膜层13减少了记录装置(的光点直径)对邻近被写入信息的位5的位5′、5″、...的影响。使用可转换掩膜层13的另外益处在于，可转换掩膜层13的阻挡部分可比到最接近相邻位的距离大的多。
图3A还显示依据本发明从包括热变色层的记录载体的活性层中读取期间的温度曲线R。在读取期间，记录装置的光点功率低于预定第一阈值(在图3A的温度W中由区域21所指示，相对应地，在图3B的传输T中由区域21指示)，可转换掩膜层13为透明的。
图4A显示依据本发明的包括热变色层13的记录载体在将信息存储在预选择位单元5处的活性层2中期间的侧视图。对应地，图4B示意性显示如图4A中所示的记录载体的顶视图。在位单元5的位置处，记录装置的光点的功率在预定第二阈值之上，如在图3A和3B中所述的，其使在位单元5的位置处可转换掩膜层13为透明的。透明区域在图4A和图4B中用参考标记23表示。此外，如在图3A和3B中所述的，在围绕位单元5的位单元5′、5″、...的位置处记录装置的光点的功率在前述预定第一阈值之上并且在前述第二阈值之下在，其使得在位单元5′、5″、......的位置处可转换掩膜屏蔽层13为不透明的。不透明区域在图4A和图4B中由参考标记22表示。
图5A示意性显示如图3A中所示的记录载体在从预选择位单元处的活性层中读取信息期间的侧视图。相应地，图5B示意性显示如图5A中所示的记录载体的顶视图。在读取期间，记录装置的光点的功率也在如在图3A和3B中所说明的使在位单元5、5′、5″、...的位置处可转换掩膜层13为透明的前述第一阈值之下。围绕位单元5的透明区域在图5B中由参考标记21表示。
图6A显示红移热变色层(bathochromic thermo-chromic layer)的作为波长函数的吸收特性。在图6A的例子中，记录装置的波长λla被设定为近似570nm。选择热变色层使用的材料的吸收特性以使在周围温度(即，读出时的温度)处呈现很少吸收或没有吸收，例如，热变色层在蓝波长区域显示最大吸收(图6A，曲线a)。由于材料的热变色行为，在温度增加的情况下观察到红移(图6A，曲线b)，对应于图4A和4B中的掩膜区域22。在温度进一步增加的情况下，由于持续热变色行为在激光波长处热变色层的吸收再次减少(图6A，曲线c)。
代替使用热变色红移，使用热变色蓝移能够获得类似状况。图6B显示蓝移热变色层(hyposochromic thermo-chromic layer)的作为波长函数的吸收特性。在图6B的例子中，记录装置的波长λla被设定为近似570nm。选择热变色层使用的材料的吸收特性以使在周围温度(即，读出时的温度)处呈现很少吸收或没有吸收，例如，热变色层在红波长区域显示最大吸收(图6B，曲线a)。由于材料的热变色行为，在温度增加的情况下观察到蓝移(图6B，曲线b)，对应于图4A和4B中的掩膜区域22。在进一步温度增加的情况下，由于持续热变色行为在激光波长处热变色层的吸收再次减少(图6B，曲线c)。
在图6A和6B中说明的行为是完全可逆的且循环次数超过几千次。在WORM应用的情况下，所述影响仅出现一次或两次，从而降低了对材料的要求。
热变色层的上述实施例是基于单一染料或基于染料混合物的使用，其具有为特定波长和吸收特性定制的化学结构和混合物模式。可替换地，可以使用随逐渐增长的温度显示初始热变色吸收效应(例如，红移或蓝移)随后显示浅色移动(强度降低)的单一染料或染料混合物。优选地，浅色效应源自于可逆的燃料-温度相互作用。
优选地，热变色层包括固态、半固态或凝胶型有机基材(matrix)的纯净加长π共轭低聚物(pi-conjugated oligomer)或π共轭材料的聚合物，优选为聚合体、无机物或有机物-无机物混合形态，具体地具有在1％和100％之间的π共轭材料的浓度。在加长的π共轭分子或聚合物中，热变色效应由构象自由度随温度的变化引起。在低温处，构象自由度被限制，且因此共轭分子具有相对平面的几何结构。随着温度的增加，构象自由度增加，分子的几何结构更不平面化。随之，分子的有效共轭随温度增加而降低，从而导致吸收频带的蓝移。
优选地，热变色层包括pH敏感染料分子和颜色显影剂。随pH变化而改变其颜色(吸收光谱)的许多化合物是公知的。这种化合物的例子是荧烷衍生物(fluoran derivative)和结晶紫内酯(crystal violetlactone)。假如pH敏感染料和颜色显影剂及溶剂相混合，可获得热变色混合物。用于可逆的热变色系统，该颜色显影剂一般是弱酸。pH敏感染料和颜色显影剂被溶解或混合在一般属于酒精或脂类的第三种化合物中。第三种化合物(溶剂)的融点确定颜色变化将发生处的温度。当溶剂融化或软化时，染料可与弱酸反应，导致颜色变化。一般地，染色的形式可通过快速冷却而被凝固，而无色染料在慢慢冷却情况下形成。
优选地，热变色层包括染料分子依赖于温度聚合，特别是形成J型聚合体或H型聚合体的染料材料。J型聚合体的结构将导致最大吸收的红移，而H型聚合体的结构将导致最大吸收的蓝移及吸收开始处的红移。
优选地，可转换掩膜层包括液晶材料，优选手性向列(chiralnematic)液晶材料或胆甾型液晶材料。手性向列相或胆甾型相可通过向另外的非胆甾型向列材料添加少量的典型为0.02-20％权重的手性掺杂剂来获得。手性向列或胆甾型液晶显示偏振选择性反射，假定循环偏振入射光的波长满足反射条件λ＝n·p其中λ为反射光的波长，n为液晶的平均折射率，以及p为液晶导向器的螺旋的节距。假定使用单片排列液晶(即，具有Grandjean或指纹结构)，入射循环偏振光的一个旋向被吸收和反射，而其它旋向被传输。图7显示典型胆甾型液晶(cholesteric)材料的作为波长函数的传输特性。在图7的例子中，由于胆甾型液晶螺旋的依赖于温度的节距变化，曲线a-c、吸收光谱的位置作为温度的函数偏移。因此，只有对于不同的温度窗，循环偏振入射激光波长的选择性反射将发生。可选地，温度可增长至胆甾性至各向同性转变之上。在图7中的情况中，假如使用的激光波长在可见范围内(参见图7，曲线d)则没有吸收和/或反射发生。使用的胆甾性材料的选择取决于使用的激光波长，要求的温度窗和要求的液晶材料的折射率及其环境。这些材料的传输层厚度关系和转换动力是包括液晶材料的可转换掩膜层的重要参数。具体地，对于实质上发生的吸收和反射，优选要求至少10节距的长度。这意味着要求相当厚的层。
尽管在图4A和5A中，可转换掩膜层13被显示在活性层2的顶部，但是可转换掩膜层13也可形成活性层的主要部分。
图8示意性显示依据本发明的用于信息的光存储和恢复的记录载体的实施例，该记录载体包括图案化反射掩膜层3和可转换掩膜层13，在配置有活性层2的基底1上。
应当注意到，上述实施例说明而不限制本发明，并且不脱离附属权利要求书的范围，本领域技术人员将能够设计许多可替换的实施例。在权利要求中，放置在圆括号中的任何参考符号不应当构成对权利要求的限制。术语“包括(comprise)”及其派生词的使用不排除不同于权利要求中所述那些部件或步骤的存在。部件前述的冠词“a”或“an”不排除多个这种部件的存在。本发明可使用包括几个不同部件的硬件以及适当的可编程计算机来实施。在列举几个装置的设备权利要求中，若干这些装置可由硬件的一个和相同项目来体现。在互不相同从属权利要求中所述的特定措施事实上不表示不能使用这些措施的组合获益。
权利要求
1.一种用于信息的光存储和恢复的记录载体，该记录载体包括基底(1)；用于保存信息的活性层(2)，该活性层(2)对信息的存储和恢复使用位单元编码，和用于在向活性层(2)中写入信息期间屏蔽能量的能量屏蔽层。
2.依据权利要求1的记录载体，特征在于能量屏蔽层包括图案化反射掩膜层(3)。
3.依据权利要求2的记录载体，特征在于图案化反射掩膜层(3)包括具有相对高导热率的材料。
4.依据权利要求2或3的记录载体，特征在于图案化反射掩膜层(3)包括金属或金属合金，优选包括银化铝、金或铜。
5.依据权利要求1的记录载体，特征在于能量屏蔽层包括可转换掩膜层(13)。
6.依据权利要求5的记录载体，特征在于在从活性层(2)中恢复信息期间，可转换掩膜层(13)基本上是透明的。
7.依据权利要求5或6的记录载体，特征在于可转换掩膜层(13)包括热变色层。
8.依据权利要求7的记录载体，特征在于热变色层包括固体、半固体或凝胶型有机基材(matrix)形式的纯净加长π共轭低聚物或π共轭材料的聚合物，优选为聚合物、无机物或有机物-无机物混合形态，具体地具有在1％至100％之间的π共轭材料的浓度。
9.依据权利要求7的记录载体，特征在于热变色层包括pH敏感染料分子和颜色显影剂。
10.依据权利要求7的记录载体，特征在于热变色层包括染料分子被聚合特别是形成J型聚合体或H型聚合体的染料材料。
11.依据权利要求5或6的记录载体，特征在于可转换掩膜层(13)包括液晶材料，优选为手性向列或胆甾型液晶材料。
12.依据权利要求1、2、5或6的记录载体，特征在于能量屏蔽层包括图案化反射掩膜层(3)和可转换掩膜层(13)。
全文摘要
本发明涉及一种用于信息的光存储和恢复的记录载体，包括基底(1)，用于保存信息的活性层(2)，该活性层对信息的存储和恢复使用位单元编码，和用于在向活性层中写入信息期间屏蔽能量的能量屏蔽层。优选地，能量屏蔽层包括图案化反射掩膜层(3)或可转换掩膜层。优选地，反射掩膜层包括具有相对高导热率的材料。优选地，图案化反射掩膜层包括金属或金属合金，优选包括银化铝、金或铜。优选地，可转换掩膜层包括热变色层且在从活性层中恢复信息期间基本上是透明的。依据本发明，记录载体具有相当高的信息密度。
文档编号G11B7/258GK1791915SQ200480013679
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月19日
发明者C·布斯奇, J·T·A·维德比克, A·M·范德里 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司