JPH03278338A - 光記録媒体の初期化方法 - Google Patents

光記録媒体の初期化方法

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JPH03278338A
JPH03278338A JP7993490A JP7993490A JPH03278338A JP H03278338 A JPH03278338 A JP H03278338A JP 7993490 A JP7993490 A JP 7993490A JP 7993490 A JP7993490 A JP 7993490A JP H03278338 A JPH03278338 A JP H03278338A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、非晶相と結晶相の間の相変化により情報を記
録、再生または消去を行なう光ディスク、光カードおよ
び光テープなどの書換え可能相変化型光記録媒体の初期
化方法に関する。
[従来技術] 相変化を利用した光記録媒体は、一般に非晶質状態を記
録状態とし、結晶状態を消去状態として用いられている
。このような光記録媒体、例えは光ディスクの記録、消
去および再生は、レーザ光の照射により行ない、従来の
ビーム径か1μm程度の小さいスポットで記録、再生を
行ない、記録媒体の半径方向が1μm程度、円周方向が
10μm程度の楕円で細長いスポットで消去を行なう2
ビ一ム方式から、ビーム径が1μm程度の小さいスポッ
トの単一ビームを用い、その強度を変えることだけで記
録、消去および再生かできる1ビ一ムオーバライド方式
(N、Yamada ef al、、Proc、SPE
 695.79(1986))に変ってきた。
1ビ一ムオーバライド方式の光ディスクとしては、記録
膜の結晶化速度か速いことが必須条件であり、結晶化速
度か速い媒体としては、例えは、Sb2 Te3薄膜(
特開昭59−1851148公報)、Ge−8b−Te
系薄膜(特開昭62−209742公報、特開昭63−
225934公報、N、 Yawada el al、
 lpr、 I八ppf、 Phys、、 26.5u
ppl、、 26−4.6l−66(1987)) 、
MGe−3b−Te系薄膜、MはPd、Cu、Ag。
T]、Goなどの金属元素(第50回応用物理学会学術
講演予稿集29p−PB−37(1989秋)、第36
回応用物理学会学術講演予稿集1 p−2B−9) (
1989春))、In−8e系薄膜(T、N15hid
a el al、Jpn、 J、 Appl、 Phy
s、 、 26.5upp1. 、5upp1. 、2
6−4.67−70 (]987)) 、I n−3b
−Te系薄膜(Y、Maeda el aJ、 App
i、 Ph、ys、 64.1715 (1988) 
)などが提案されている。
これらの記録膜は、蒸着やスパッタリングなどの真空成
膜法により形成されており、一般に非晶質状態で形成さ
れる。そのため、例えば光ディスクとして使用する場合
、記録に先立って一度記録領域全体の記録層を結晶状態
にする、いわゆる初期化処理を行う必要がある。
従来、光ディスクを初期化する方法としては、特開昭6
0−10631公報に示されるような大パワーで連続発
光のアルゴンレーザ光を幅広く光ディスクに照射し、記
録部全面を短時間かつ反射率か均一になるように初期化
する方法や、特開平! −2] 77 、’I 0号公
報に示されるような初期化した部分の結晶粒子の平均断
面積と記録動作の時の生じる非晶質ピット周辺の結晶粒
子の平均断面積と該非晶質ピットを消去動作によって結
晶状態にした部分の結晶粒子の平均断面積を実質上同一
にすることによって、記録信号の消し残りがないように
する初期化方法が提案されている [発明が解決しようとする課題] しかしながら上記従来の方法では、記録、消去を繰り返
しを行なった場合にCN比は安定して得られるが消去率
が変化し安定した特性が得られないことと、特に、]ビ
ームオーバライド方式の記録、消去で繰り返し初期の消
去率か低いことか問題であった。
従来、消去率が悪い理由としては、初期化後の光ディス
クの反射率が均一になっていないことおよび記録により
生じた非晶質ピットの周辺か一度溶融し再結晶化するた
め比較的大きな粒子の結晶状態となることとその結晶粒
径と初期化の結晶粒径および消去の結晶粒径とがかなり
違うため反射率にむらか生じるためと考えられてきた。
しかし、本発明者らの研究によれば、反射率を均一にす
ることや初期化による結晶粒径、消去による結晶粒径お
よび非晶質ピット周辺の結晶粒径を同一にしたとしても
、必ずしも初期消去率か良好になるとは言い難く、むし
ろ結晶粒径以外の結晶状態を決める要因、例えは、結晶
構造、結晶化度、配向なとを初期化の照射パワー密度P
と照射時間Tの条件で制御することが重要であることか
明らかになった。
しかし、特開昭60−10631公報は、光ディスクを
高速かつ反射率か均一に初期化するための光学系の設計
手法や、それらを用いた初期化処理装置について開示す
るものであり、どういう結晶状態を作れば良いのかの考
察か良好な記録消去特性を実現する上で最も重要である
との観点が示されていないため、初期化の結晶状態を制
御する初期化方法について同等具体的かつ有効な知見を
与えるものとはなっていない。また、特開平1−2]7
735号公報は、初期化の結晶状態で結晶粒径だけを制
御しているが、その他の要因においては初期化の結晶状
態を制御する初期化方法について同等具体的かつ有効な
知見を与えるものとはなっていない。
一方、最近、第36回応用物理学会学術講演予稿集jp
−2B−2に示されるように光ディスクの層構成を工夫
して記録層の冷却速度を速くし、記録により一度溶融し
た非晶質ピット周辺か再結晶化しないようにすることに
より消去率と消去マージンを大幅に改善する方法か提案
されている。しかし、この様な光ディスクの層構成にお
いても従来の初期化方法は必ずしも対応しておらす、初
期の消去率か良好で、記録、消去の繰り返し特性が安定
している初期化か必すしも実現できるとは言えない。
本発明はかかる従来技術の諸問題に鑑み創案されたもの
で、その目的は記録、消去を繰り返し行なった場合に、
初回より良好なCN比、消去率か得られ、繰り返しにお
いても優れた安定性が得られる光記録媒体の初期化方法
を提供することにある。
[課題を解決するための手段] かかる本発明の目的は、基板上に形成された記録層に光
を照射することによって、情報の記録、消去および再生
が可能であり、情報の記録および消去が、非晶相と結晶
相の間の相変化により行われるようにした光記録媒体を
初期化するに際し、該光記録媒体にパワー密度P(mW
/μITI’)が0゜5≦P≦5.0かつ照射時間T(
μsec)か1≦T≦100であるレーザ光を照射して
該記録層を非晶質状態から結晶状態に変えることを特徴
とする光記録媒体の初期化方法により達成される。
相変化を利用した光記録媒体の記録層の結晶化は、記録
層を結晶化温度以上の温度領域で加熱し、結晶化に必要
な時間以上保持することにより得られる。
初期化により結晶化した後、記録により非晶質状態にし
た記録層を消去により結晶化状態させるために必要な時
間(消去時間)は、例えば、1ビ一ムオーバライド方式
で情報の記録および消去かできる書換型材料のSb2 
Te3薄膜、Ge−8b−Te系薄膜、M−Ge−Sb
−Te系薄膜、MはPd、Cu、Ag、TI、Goなど
の金属元素、In−8e系薄膜、In−8b−Te系薄
膜では、50〜200nSeC程度である。しかし、成
膜後の記録層を初期化により結晶化させる場合には、記
録により溶融した後急冷によって形成された非晶質状態
に比べ、成膜時の非晶状態はより乱雑に原子か配列して
いるため、結晶化時間か部分的にまちまちとなっている
。また、成膜条件によっても初期の非晶質状態は変化す
るため光デイスク間においても同様のことが言える。よ
って、初期化における結晶化時間は長くなり、レーザの
照射時間が短いと結晶化か完全にできなくなり、均一な
結晶状態を得ることが困難になる。したかって、初期化
の場合、結晶化を均一かつ完全に行なうためにはレーザ
光の照射時間を長くして結晶化温度の保持時間を長くす
る必要がある。レーザビーム径を長くしてこの照射時間
を長くすることは、蒸着効果により記録層の熱流出を遅
くし、結晶化温度以上の温度を保持する時間か、実際の
照射時間よりもさらに長くできるためより効果的である
。なおここでいう照射時間とはレーザ光の半値全幅が光
ディスクのある1点を通過する時間を意味する。
照射時間は1μSeC〜100μsecの範囲が好まし
く、より好ましくは10μsec〜50μSecである
。1μsec未満では結晶化にむらが生しやすく、1回
の初期化では信頼性か低下する。100μsecより大
きいと初期化時間が長くなり、記録層からの熱拡散で基
板の温度か上昇し熱変形か起こりノイズの原因となる。
このような照射時間で最適なレーザ光のパワー密度は光
記録媒体の材料および層構成によって変るが、0.5m
W/μrrfから5.0mW/、czmの範囲か好まし
く、より好ましくは1.0mW、/μrd 〜3.  
OmW/μrr?である。0.5 m W 、/ tt
 rd未満では結晶化するのに時間がかかり、また、照
射時間を長くしても結晶化しない場合があり、5゜0 
m W /μdより大きいと熱による記録層の膜歪みな
どの欠陥が発生し易くなりノイズの原因となる。
本発明のレーザ光の光源としては、アルゴンレーザ、ヘ
ルウム・カドミウムレーザ、などのガスレーザおよび半
導体レーザなどが用いられるか、とりわけ、半導体レー
ザを用いることは、装置を小型化でき消費電力も小さい
ことから好ましい。
半導体レーザを用い本発明の方法により光記録媒体を初
期化する装置の1例を第1図に例示して説明するか、初
期化装置は特にこれに限定されない。
第1図において、1は光ディスク、2はレーザ光3を発
光する半導体レーザ、4はレーザ光3を平行光にするた
めのコリメータレンズ、5は非点隔差補正レンズ、6は
ミラー 7は対物レンズであり、8はモータ、9は移動
台である。半導体レーザ2から出射したレーザ光3はコ
リメータレンズ4で平行光にされ、非点隔差補正レンズ
5により半導体レーザ2のp−n接合面に平行方向、垂
直方向で同じ位置に焦点を結ぶように補正される。
さらに、ミラー6、対物レンズ7を経て光記録媒体の記
録層に楕円状スポットで照射される。これらを含む光学
系10は移動台9により光記録媒体1の半径方向に適当
な送りピッチで送られる。−方、光記録媒体1−はモー
タ8により回転される。
光記録媒体の回転は上記照射時間の範囲で自由に設定で
きるが、レーザ光の照射時間を記録媒体の全初期化部分
で一定にするため移動線速度を一定する方か好ましい。
線速度か遅い場合には、記録媒体記録部全面の初期化に
時間をかなり要し、場合によっては熱により膜破壊が生
じる恐れがあり、線速度か速い場合には光ディスクの面
振れか大きくなることから、線速度としては、3 m 
/s〜40m/sの範囲か好ましい。
光記録媒体の構成としては、特に限定されないが、]ビ
ームオーバライド方式の記録消去特性が良好な、例えば
第2図に示すようなディスク基板]1上に誘電体層1.
2 a、記録層13、誘電体層1、2 b、反射冷却層
14および保護層15を順次積層した積層構造体が、本
発明の初期化方法を適用することにより、より好ましい
効果が期待てきるので望ましい。ここで保護層としては
例えは5μm〜40μmの厚さの紫外線硬化樹脂層など
の樹脂保護層が使用できる。また、保護層の上に接着剤
層を設は他の基板と張合わせたものでもかまわない。デ
ィスク基板としては、基板側から記録消去を行なう場合
にはレーザ光が透過する材料を用いることか好ましく、
例えはポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、エポキシ樹脂、ポリオリフイン樹脂等の高分子
樹脂またはガラスが挙げられる。
誘電体層は、基板や記録層などが記録により熱によって
変形し記録消去特性が劣化することを防止する変形防止
層、記録層の耐湿熱性や耐酸化性の効果をもたせる保護
層、かつ記録層から反射層への原子拡散を防止する拡散
防止層の役割を果たす。このような誘電体層としては、
例えばZnS。
5in2.Ta205.TTO,ZrC,TiC。
MgF、等の無機膜やそれらの混合膜が使用できる。特
に、ZnSとM g F 2の混合膜は、耐湿熱性に優
れており、さらに記録消去の繰り返しによる記録層の劣
化を抑制するので好ましい。記録層は、結晶化速度が速
いものか1ビ一ムオーバライド方式の記録消去を行なう
光記録媒体として好ましく、例えは、Ge−3b−Te
系薄膜、M−Ge−5b−Te系薄膜、MはPd、Cu
、Ag。
TI、Goなとの金属元素1、T n−3b−T e系
薄膜なと挙げられる。特に記録層としてPdGe−3b
−Te系薄膜を使用した光記録媒体を、本発明の方法に
より初期化した場合、結晶構造か非晶相から結晶相へ移
行する際、原子の移動か少なくてすむような単純な面心
立方構造でかつ単一相にてきるため結晶化速度か速くな
るはかりか、記録、消去の繰り返しよっても相分離や組
成の偏析などか起りにくく、さらに熱安定性か優れてい
るので好ましい。
反射冷却層は、誘電体層からの熱拡散を容易にし、記録
時に溶融した記録層の冷却速度を高めることにより、非
晶質ピットの形成を容易にする。
また、誘電体層なとか、熱的に変形することを防止する
効果、光学的干渉により再生信号のコントラストを改善
する効果がある。このような反射冷却層としては、レー
ザ光の波長で光反射性、吸収性を有し、かつ誘電体層よ
りも熱伝導度か高い金属または金属酸化物、金属窒化物
、金属炭化物などと金属の混合物、例えばZr、Hf、
Ti、Ta、Mo、Si、AI、Auなどの金属や、こ
れらの合金、これらのZr酸化物、Si酸化物、Si窒
化物、A1酸化物などを混合したものか使用できる。特
にAI、Au、Taやそれらの合金等は、l19の形成
か容易であり、材f’J選択により熱伝導率か広範囲に
調整可能であるため好ましい。
誘電体層、記録層および反射冷却層の摩さは、ゴー 2
 aの誘電体層か50nm〜300nmであり、12b
の誘電体層か]、Onm 〜30nmてあり、記録層か
10nm〜60nmであり、かつ反射冷却層か20nm
〜1100nとしたものか1ビ一ムオーバライド方式の
記録消去を行なう光記録媒体に適しているため好ましい
誘電体層、記録層および反射冷却層をディスク基板上に
形成する方法としては、公知の真空中ての薄膜形成法、
例えば真空蒸着法、イオンブレーティング法およびスパ
ッタリング法等が挙げられる。特に組成、膜厚のコント
ロールが容易であることからスパッタリング法が好まし
い。
し実施例コ 以下、本発明の実施例に基づいて具体的に説明するが、
本発明はこれらに限定されない。
なお実施例中の特性は以下の方法に基づいて評価したも
のである。
(1)組成 記録層、誘電体層の組成は、ICP発光分析(セイコー
電子工業■製F T S −1,、100型)によって
各元素の含有量を求め、組成比を算出した。
(2)記録消去特性(1ビームオーバライド特性)初期
化した光記録媒体を9m/sで回転させ、基板側から周
波数5.3MHz、パルス幅60nSで変調した記録パ
ワー1.5mW、消去パワー8mWの波長780nmの
半導体レーザ光を開口数0.5の対物レンズで集光照射
しオーバライド記録を行なった。
記録後、1.5mWの半導体レーザ光で記録部分を走査
し記録の再生を行なった。さらに、記録部分を先の条件
の周波数を2.0MHzに変更しオーバライド記録を行
ない5.3MHzの記録信号を消去した後、先と同一の
条件で再生を行なった。記録後および消失後再生信号を
それぞれスペクトル・アナライザによりキャリヤレベル
とノイズレベルを測定し、バンド幅30 k l−T 
zの条件でキャリヤ対ノイズ比(C、/ N )を求め
、さらに5゜3MHzの記録時のキャリヤレベルと2.
0MHzの記録時(5,3MHzの消去時)の5.3M
Hzのキャリヤレベルの差を消去率とした求めた。
繰り返しは、5.3MHzと2.0MHzのオーバライ
ド記録を交互に5回行ないそれぞれの回で1回目と同様
に5.3MHzの記録信号の消去率を求めた後、5.3
MI−Izのオーバライド記録を1000回繰り返し、
その後、また1回目と同様に5.3MHzの記録信号の
消去率を求め評価した。
(3)初期化による記録層の膜破壊状態初期化による記
録層の膜破壊状態は成膜後の光記録媒体と初期化後の光
記録媒体の1.0MHzでのノイズを測定し比較した。
(4)結晶構造 結晶構造は、X線回折スペクトルを広角X線回折法によ
り測定し比較した。測定には、薄膜回折装置(理学電機
社製X線発生装置RU20OB)、同社製ゴニオメータ
2155D型、同社製計数記録装置RAD−B型、およ
びシンチレーションカンタ−)を使用した。X線の入射
角度は、記録層面にたいして0. 5度とした。スキャ
ン方式は、2θおよび連続スキャンとした。X線源とし
ては、CuKa線を使用した。
(5)結晶粒径 結晶粒径は、透過型電子顕微鏡(日立製作所(株制 1
−1−800 U HR)により観察し比較した。
観察は、加速電圧200kVで行なった。
実施例1 厚さ1..2mm、直径130mm、1.6μmピッチ
のスパイラルグループ付きポリカーボネート製基板を毎
分60回転で回転させながら、RFマグネトロンスパッ
タリング法により記録層、誘電体層および反射冷却層を
形成した。
まず、7X1.0−5Paまで排気した後、6×IQ−
’Paのアルゴンガス雰囲気中で基板上にZnSとMg
F2のモル比が90:10の誘電体層のZnS−MgF
2をスッパタリング法により16Qnm形成し、次にT
e、Sb、Te、およびPdを水晶振動子膜厚計でモニ
タしながら同時スパッタリングしてP d 2 G e
 17S b 29T e 52の元素組成の記録層を
30nm形成した。さらに、上記の誘電体層のZnS−
MgF、をスッパタリング法により30nm、その上に
反射冷却層としてAUを50nm形成した。最後に、A
u層上に紫外線硬化樹脂をスピンコード法により塗布し
、その後紫外線を照射して硬化させ10μmの保護層を
形成した。以上により本発明の初期化方法を実施する光
記録媒体を得た。
初期化は、パワー密度を1.OmW/μM、照射時間が
12μSecで行なった。このとき、第1図に示した装
置でレーザ光のスポットは、光ディスクの半径方向の半
値全幅が22μm、円周方向が66μmであり、光ディ
スクの回転は、線速度5゜5m/s、光デイスク1回転
での送りピッチは2μmであった。
初期化した光記録媒体のオーバライドでの記録消去特性
を前記評価方法により評価した。その結果、1−回目の
C/Nは51.2dB、消去率 30、]、dB、5回
目のC、/ Nは50.5dB、消去率 28.2dB
、1000回目のC,/Nは50.7dB、消去率 2
8.0dB、と初回より良好なC/N、消去率が得られ
、また、繰り返しにおいても安定し、優れた記録消去特
性が得られた。 初期化後の記録層のX線回折スペクト
ルを測定した。第3図は、測定したX線回折スペクトル
の相対強度を示したグラフであり、16は、グラフの縦
軸であり、回折線の相対強度を表している。また17は
、グラフの横軸であり、回折角2θ(単位:度)を示し
ている。18は200面、19は220面、20は40
0面、22は420面を示す。回折スペクトルの測定結
果、初期化後の記録層の結晶構造は面心立方構造であっ
た。
また、1回記録、消去した後の結晶粒径をみたところ消
去の部分は初期化した部分よりかなり大きく2倍以上あ
り、粒径が揃っていないにもかかわらず、優れた記録、
消去特性を示すものであった。
比較例1 パワー密度を10.0mW/μMとし、照射時間は0.
 3μsecとした以外は実施例1と同様にして初期化
した。このとき、レーザ光のスポットは、光ディスクの
半径方向の半値全幅か1.6μm、円周方向か1.2μ
mであり、線速度は4m、/sであった。初期化による
ノイズレベルの上昇は3dBとかなり大きくなった。
初期化した光記録媒体をオーバライドで記録消去特性を
前期評価方法により評価した。その結果、1回目のC/
Nは51..8dB、消去率21.4dB、5回目のC
、、/ Nは52.5dB、消去率26.1dB、10
00回目のC,、/Nは51.7dB1消去率23.9
dB、とC/Nは安定しているか、消去率は悪く、また
、繰り返しにおいて変動か大きく優れた記録消去特性が
得られなかった。
比較例2 パワー密度を1.0mW/μMとし、照射時間が0.5
μsec Lだ以外は実施例1と同様に初期化した。こ
の時、レーザ光のスポットは、光ディスクの半径方向の
半値全幅が]、6μm、円周方向か5μmであり、線速
度10m、/sであった。
初期化によるノイズレベルの上昇はほとんどなかった。
初期化した光ディスクのオーバライドでの記録消去特性
を前期評価方法により評価した。その結果、初期化後の
反射率はほぼ一定であったが、1回目のC/Nは50.
2dB、消去率]、7.4dBであり優れた記録消去特
性か得られなかった。
比較例3 パワー密度を6 、 0 mW/μd古し、照射時間を
2μsecとした以外は実施例1と同様に初期化した。
このとき、し−サ光のスポットは、光ディスクの半径方
向の半値全幅が12μm1円周方向が20μmであり、
線速度10m/sであった。
初期化により記録層の膜破壊が起った。
[発明の効果コ 本発明は、上述のごとく相変化を利用した光記録媒体を
特定のパワー密度のレーザ光で特定の照射時間、初期化
を行なうようにしたので記録層の歪みがなく結晶化を完
全に行なうことができる。
したつかて、本発明による光記録媒体は、初回より良好
な消去率が得られ、また、繰り返しにおいても優れた安
定性か得られる利点かある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の実施に使用する初期化装置の1例
の説明図、第2図は光記録媒体の1例の説明図、第3図
は初期化後記録層のX線回折スペクトルの1例を説明す
る概略図である。 1:光ディスク、2:半導体レーザ、 3:レーザ光、4゛コリメータレンズ、5:非点隔差補
正レンズ、6:ミラー 7:対物レンズ、8 モータ、9;移動台、11:ディ
スク基板、12a:誘電体層、12b=誘電体層、13
:記録層、 14:反射冷却層、15コ保護層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基板上に形成された記録層に光を照射することによって
    、情報の記録、消去および再生が可能であり、情報の記
    録および消去が、非晶相と結晶相の間の相変化により行
    われるようにした光記録媒体を初期化するに際し、該光
    記録媒体にパワー密度P(mW/μm^2)が0.5≦
    P≦5.0かつ照射時間T(μsec)が1≦T≦10
    0であるレーザ光を照射して該記録層を非晶質状態から
    結晶状態に変えることを特徴とする光記録媒体の初期化
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05174380A (ja) * 1991-12-20 1993-07-13 Nec Corp 光学的情報記録媒体および光学的情報記録消去再生方法
US5557599A (en) * 1994-04-15 1996-09-17 Nec Corporation Method for initializing a phase-change type of optical disk utilizing either absorption rates or mark lengths

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JP2830336B2 (ja) 1998-12-02

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