JPH1040576A - 光ディスク及び光ディスク再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生ビームスポット径よりも相当小さな凹凸
マークによる情報からも高いレベルの再生信号が得られ
る光記録媒体及び光再生方法を提供する。 【解決手段】 所定の値より大きな凹凸のマークによっ
て情報が記録された光ディスク上に再生用ビームを集光
させることで、温度により反射率が異なる層を、凹部と
凸部で異なる温度に上昇させ、それにより、その反射率
の違いを利用して基板の凹凸情報を読み出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な光ディスク
及び光ディスク再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像情報の通信が一般化し、その
ストレージとしての光記録媒体の高密度化に対する要求
が高まっている。再生専用の光記録媒体としては、コン
パクトディスク（ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ）が広く普及し、
更に高密度のデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）の実用
化も迫っている。

【０００３】このような再生専用タイプの光記録媒体を
作成するには、まず、記録すべき情報をエンボス状など
のマークと呼ばれる凹凸の形状として記録した原盤をま
ず作成し、その原盤の表面形状を転写してスタンパーを
作成する。そして、そのスタンパーを射出成形金型にセ
ットした後、ポリカーボネート等のプラスチックを射出
成形することで、原盤に記録された凹凸情報を転写した
成形品を作成する。この成形品を基板として、基板上に
スパッタリング等の方法により反射層を形成することで
光記録媒体を作成する。

【０００４】情報を再生するには、基板を通して再生用
ビームを凹凸マークのある反射層にある反射膜に照射
し、反射光量の変化を検出して情報の再生を行う。一
方、記録した情報を新たな情報に書き換えることができ
る光記録媒体も登場している。このタイプの媒体には、
記録層として、温度変化により結晶状態と非晶質状態の
間で相変化する材料が用いられることが多く、最近では
記録感度が高く繰り返し記録安定性に優れた材料が開発
されている。例えばGeSbTe、AgInTeSb、SnSbSe等があ
る。

【０００５】上記のような繰り返し情報の書き換えが可
能な相変化媒体に記録を行う場合、記録すべき情報に従
いレーザービームの強度を次の２値に変調する。即ち、
相変化材料層をその融点以上の温度まで加熱する高レベ
ルと、相変化材料層をその融点以下であって、かつ、結
晶化させることのできる温度まで加熱する低レベルの２
値である。相変化材料の融点以上に温度が上昇した部分
は一旦溶融状態となるが、媒体がビームスポットから離
れると急激に温度が下がるため、非晶質化した状態で固
体に戻る。一方、融点以下であって、かつ、結晶化温度
まで上昇した部分では、媒体が徐冷されるため結晶化し
た状態となる。

【０００６】再生する場合は、媒体に再生レベルのレー
ザービームを照射する。この際、非晶質部分と結晶化部
分との光学特性、反射率は異なるので、この違いを用い
て情報を再生する。記録及び再生は、通常256バイトか
ら1024バイトのサイズを持ったセクターと呼ばれる情報
単位毎に行われる。各セクターには、そのセクターの番
地などを示すヘッダーと呼ばれる部分があり、記録や再
生を行う際には、ヘッダーを再生した後、記録や再生の
動作を行うようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、凹凸のエンボスマークによる情報の再生は光によ
って行われるため、再生可能なエンボス状マークや反射
光量変化領域の最小の大きさは、集光される再生用ビー
ムのスポット径によって制限される。大まかに言って、
最小マークの大きさは、再生スポット径の半分程度が限
界で、それ以下の小さなマークは、形成はできても、再
生した場合、再生信号レベルが低過ぎて、実用レベルの
品質の再生信号は得られない。

【０００８】そこで、再生ビームのスポットを小さくす
れば一見問題は解決しそうに思える。しかし、スポット
径は集光対物レンズの開口数（ＮＡ）と再生ビームの波
長から決ってしまう。開口数は光ヘッドの大きさや制御
面から制限があり、また、波長は半導体レーザの出力や
安定性の面から制約がある。即ち、スポット径は現状に
比べて飛躍的には小さくできないのである。従って、こ
のような問題が光ディスクの更なる高密度化の大きな障
害となっている。

【０００９】本発明は上記問題点を解決し、再生ビーム
スポット径の半分を下回るような相当小さな凹凸マーク
による情報からも、高いレベルの再生信号が得られる光
記録媒体及び光再生方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは次のことを
見出し本発明をなすに至った。即ち、基板の凹凸のマー
クによって情報が記録された光ディスク上に再生用ビー
ムを集光させて反射率変化を起こす膜の温度を上昇させ
るが、この際、凹凸の段差を所定の値より大きくすれ
ば、凹部と凸部で、これらの上に形成する膜の厚さが異
なり、これにより、両者における到達温度が異なる。こ
のような温度の違いにより反射率が変化するような材料
を、膜の材料として用いれば、両者の光学特性の違いを
利用して基板の凹凸情報を読み出すことが可能となるの
である。

【００１１】膜の材料が、相変化により反射率が変化す
るものであれば、凹部と凸部での相変化膜の温度の違い
により、一方では非晶質の状態に、また、他方では結晶
化の状態となるように条件設定をすることにより、上記
の原理による再生が可能となるのである。ただし、凹凸
マーク領域では、反射率変化を起こさせることにより小
さな凹凸マークを再生可能とするため、反射率変化が生
ずる温度まで再生ビーム照射により反射率変化膜を加熱
することは既に説明した。しかし、このことは、ユーザ
ーが後から光記録により情報を記録するための光記録領
域（凹凸マークがない領域）を有するディスクに対して
は、この領域を再生することにより、この領域の反射率
変化も起こす温度近くまで加熱していることを意味す
る。即ち、再生しようとして情報を消去してしまう恐れ
があることを意味しているのである。

【００１２】このため、本発明では、凹凸マーク領域と
光記録領域で再生ビーム強度を変えることにより、上記
の危険性を低減する再生方法も併せて提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る光ディスク
の凹凸を示している。本発明に係る光ディスクの凹凸
は、従来の光ディスクに比べてその段差が大きい。この
ため、スパッタリングや真空蒸着などによって基板に薄
い層を形成する場合、基板に対して斜めの方向から入射
する粒子が凹凸の垂直壁面により、凹部に達することが
できない（シャドーイング効果という）ので、凸部に比
べて凹部では層の厚さが小さくなる。この結果、凹部に
おける熱容量を、凸部に比べて小さくすることが可能と
なる。このような効果は、スパッタリングを用いて、基
板に対して斜めの方向からスパッタリング粒子を入射さ
せる場合には更に大きい。

【００１４】このような条件を満たしている光ディスク
に、再生のためのビームを照射して、その反射ビームを
検出することによりディスクに記録された情報を読み出
す場合を考える。レーザービームを集光して照射したデ
ィスクの部分は温度上昇する。この温度上昇の度合いは
熱容量の違いによって異なり、凸部に比べて熱容量の小
さな凹部では、温度上昇が大きい。即ち、凹部と凸部で
温度が異なる。この温度の違いにより、反射率が異なる
材料を用いれば、再生ビームの反射光量を検出すること
で情報を読み出すことが可能となる。

【００１５】温度の違いにより反射率が異なる材料とし
ては、例えば、所定の温度以下では結晶化していて温度
が上がると融点を超えて非晶質化し、この時、反射率が
変化する材料を用いればよい。再生ビームスポットが移
動してビーム照射が行われなくなると、再生ビームによ
り穏やかに加熱されていた部分は、その温度がゆるやか
に低下し、元の結晶化状態に戻る。

【００１６】なお、凹部と凸部の熱容量の差を大きくす
るために、熱拡散率の高いAl、AlTi、AlTa、Cu、等の金
属層やダイヤモンドライクカーボン（ダイヤモンド状の
結晶構造を有するカーボン）層を反射率変化層ないし相
変化層に隣接することにより、特性を更に向上させるこ
とも可能である。光記録領域では、凹凸マーク領域に比
べて、小さな再生ビーム強度で再生することが好まし
い。これは、凹凸マーク領域と同じ、もしくはそれより
も大きな再生ビーム強度で再生を行うと、光記録領域に
記録されている情報を消去してしまう恐れがあるので、
再生時のビーム強度に余裕を持たせる意味で、凹凸マー
ク領域に比べて、小さな再生ビーム強度で光記録領域を
再生することが好ましいのである。

【００１７】

【実施例１】まず、情報として単一周波数信号が凹凸の
形態で形成された光ディスク用基板を用意する。即ち、
表面には多数のエンボス状凹部を有しており、その直径
は0.3μｍ、エンボス間の距離は0.3μｍ、また、凹凸の
段差は50、80、120、160、200、250、300nmの７種類で
ある。

【００１８】これらの基板をスパッタリング装置にセッ
トして、基板に対し斜めの方向からスパッタリング材料
の粒子を入射し、基板上に、アンダーコート層、相変化
層、オーバーコート層の順に形成する。各層の材料とエ
ンボス部以外の部分における厚さは、アンダーコート層
が窒化シリコンで70nm、相変化層がGeSbTeInで30nm、そ
して、オーバーコート層が窒化シリコンで70nmである。
エンボスの内部では上述したシャドーイング効果によ
り、層の厚さが上記の厚さより薄くなる。なお、使用し
たGeSbTeInの融点は約400℃である。以上の手順で種々
の凹凸段差の値を有する光ディスクを作成する。

【００１９】[再生]これらの光ディスクを記録再生装置
にセットする。この装置は、波長680nmの半導体レーザ
光源及びＮＡ0.55の光学系による光ヘッドを有してい
る。光ディスクを線速度６m/secで回転させ、光ディス
ク全面に対して、４ｍＷの強度で一旦レーザービーム照
射を行い、ディスク全体の相変化層を結晶化させる。

【００２０】次に、再生レーザーパワー５ｍＷで再生を
行い、再生信号のＣ／Ｎを測定する。この結果を図２に
示す。図２より、段差の小さい光ディスクではエンボス
部での熱容量の差が小さく再生信号が良好でないのに対
して、エンボス部の段差が100nm以上の光ディスクでは
再生信号が良好で高いＣ／Ｎ値が得られる。また、各々
のディスクのエンボス部の断面を走査形電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）により層の厚さを測定した結果を図３に示す。良
好な再生信号が得られたディスクでは、エンボス以外の
部分の層の厚さに比べて、エンボス内部の層の厚さは、
２０〜５０％薄いことがわかる。

【００２１】

【実施例２】実施例１に使用したものと同じ基板を用い
て、基板上に、アンダーコート層、相変化層、熱拡散
層、オーバーコート層の順に形成する。各層の材料とエ
ンボスでない部分における厚さは、アンダーコート層が
窒化シリコンで70nm、相変化層がGeSbTeInで30nm、熱拡
散層がAlTaで30nm、そして、オーバーコート層が窒化シ
リコンで70nmである。エンボスの内部では層の厚さが上
記の厚さより薄くなるのは実施例１と同様である。

【００２２】再生は、熱拡散層を設けたことからレーザ
ーパワーを７ｍＷに変更して行った。その結果を同じく
図２に示す。熱拡散層を設けることにより、実施例１に
比べてより高いＣ／Ｎ値が得られることがわかる。

【００２３】

【比較例１】実施例１及び２で用いた凹凸部の段差200n
mの基板に、相変化材料としてGeSbTeInの代わりに融点
約600℃のGeSbTeを用いて、実施例１と同様の手順で光
ディスクを作成した。この光ディスクは、その相変化材
料の融点が高いため、良好なＣ／Ｎを得るためには、８
ｍＷの再生ビーム強度を必要とした。

【００２４】この比較例のディスクと、実施例１の光デ
ィスクのうち同じ凹凸段差200nmを有する光ディスクを
用いて、再生耐久性の比較を行った。その結果を図４に
示す。比較例では、再生回数が多くなると次第にＣ／Ｎ
値が低下し、再生耐久性が低いことが明らかになるのに
対して、実施例１の光ディスクでは、１万回の再生回数
でもＣ／Ｎ値の低下は殆ど認められなかった。これは、
相変化材料の融点が低いので、高い再生ビーム強度を必
要とせず、その結果、温度による光記録媒体の劣化が小
さいためと考えられる。

【００２５】

【実施例３】次に、情報として単一周波数信号が凹凸マ
ークの形態で予め形成された部分と、1.2μｍピッチで
ガイド溝が形成された光ディスク用基板を用意する。即
ち、基板表面には部分的に多数のエンボス状凹部を有し
ており、その直径は0.3μｍ、エンボス間の距離は0.3μ
ｍ、また、凹凸の段差は50、80、120、160、200、250、
300nmの７種類である。

【００２６】これらの基板をスパッタリング装置にセッ
トして、基板に対し斜めの方向からスパッタリング材料
の粒子を入射し、基板上に、アンダーコート層、相変化
層、オーバーコート層の順に形成する。各層の材料とエ
ンボス部以外の部分における厚さは、アンダーコート層
が窒化シリコンで70nm、相変化層がGeSbTeInで30nm、そ
して、オーバーコート層が窒化シリコンで70nmである。
エンボスの内部では上述したシャドーイング効果によ
り、層の厚さが上記の厚さより薄くなる。なお、使用し
たGeSbTeInの融点は約400℃である。以上の手順で種々
の凹凸段差の値を有する光ディスクを作成する。

【００２７】[記録] これらの光ディスクを記録再生装
置にセットする。この装置は、波長680nmの半導体レー
ザ光源及びＮＡ0.55の光学系による光ヘッドを有してい
る。光ディスクを線速度６m/secで回転させ、光ディス
ク全面に対して、6ｍＷの強度で一旦レーザービーム照
射を行い、ディスク全体の相変化層を結晶化させる。次
に、高レベルビーム強度10ｍＷ、低レベルビーム強度6
ｍＷ、周波数４ＭＨｚで光記録領域に記録を行う。

【００２８】[再生] これらの光ディスクを、同じく線
速度６m/secで回転させながら、再生ビーム強度５ｍＷ
で光記録領域の光再生を行い、再生信号のＣ／Ｎを測定
する。この結果は図２の実施例１の結果とほぼ同様であ
る。即ち、段差の小さい光ディスクではエンボス部での
熱容量の差が小さく再生信号が良好でないのに対して、
エンボス部の段差が100nm以上の光ディスクでは再生信
号が良好で高いＣ／Ｎ値が得られる。

【００２９】また、各々のディスクのエンボス部の断面
を走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）により層の厚さを測定し
た結果も図３とほぼ同様である。良好な再生信号が得ら
れたディスクでは、エンボス以外の部分の層の厚さに比
べて、エンボス内部の層の厚さは、２０〜５０％薄いこ
とがわかる。次に、再生ビーム強度を1.5mWに変更し
て、光記録領域を再生すると、約55ｄＢの良好なＣ／Ｎ
を得る。

【００３０】次に、再生ビーム強度を凹凸マーク領域の
再生ビーム強度である５ｍＷに変更して再生を行うと、
再生信号のＣ／Ｎは顕著に低下する。即ち、記録された
情報が破壊され、データ再生が不能となる。

【００３１】

【実施例４】実施例１に使用したものと同じ基板を用い
て、基板上に、アンダーコート層、相変化層、熱拡散
層、オーバーコート層の順に形成する。各層の材料とエ
ンボスでない部分における厚さは、アンダーコート層が
窒化シリコンで70nm、相変化層がGeSbTeInで30nm、熱拡
散層がAlTaで30nm、そして、オーバーコート層が窒化シ
リコンで70nmである。エンボスの内部では層の厚さが上
記の厚さより薄くなるのは実施例１と同様である。

【００３２】[記録] 高レベルビーム強度14ｍＷ、低レ
ベルビーム強度9ｍＷとする以外は、実施例３と同様に
光記録領域に記録を行う。 [再生] 再生は、熱拡散層を設けたことからレーザーパ
ワーを７ｍＷに変更し、再生信号のＣ／Ｎを測定する。
この結果は図２の実施例２の結果とほぼ同様である。熱
拡散層を設けることにより、実施例１に比べてより高い
Ｃ／Ｎ値が得られることがわかる。

【００３３】次に、再生ビーム強度を1.5mWに変更し
て、光記録領域を再生したところ、約57ｄＢの良好なＣ
／Ｎを得た。次に、再生ビーム強度を凹凸マーク領域の
再生ビーム強度である7ｍＷに変更して再生を行うと、
再生信号のＣ／Ｎは顕著に低下する。即ち、記録された
情報が破壊され、データ再生が不能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光ディスク
及び光再生方法によれば、再生ビームスポット径よりも
相当小さな凹凸マークによる情報からも高いレベルの再
生信号を得ることが可能である。また、光記録領域を有
する光ディスクについては、前記領域を再生する際、凹
凸マーク領域の再生ビーム強度と異なった強度で再生す
るので、記録された情報を破壊する恐れがなくなる。即
ち、記録された情報を安全に何度も再生することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る光記録媒体の構成を表わす概念
図である。

【図２】 本発明の実施例において、光ディスクのエン
ボス段差の大きさと再生信号のＣ／Ｎ値の関係を表わす
グラフである。

【図３】 本発明の実施例１の光ディスクのエンボス段
差の大きさとエンボス内の相変化層厚さの関係表わすグ
ラフである。

【符号の説明】

１１……基板 １２……アンダーコート層 １３……相変化層 １４……オーバーコート層

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹凸のマークによって予め情報を記録し
   た凹凸マーク領域と、後に光によって情報を記録するた
   めの光記録領域を有する光ディスクにおいて、凹凸のマ
   ークの段差が100nm以上であって、かつ、温度によって
   反射率が変化する反射率変化膜を形成したことを特徴と
   する光ディスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光ディスクに再生ビーム
   を照射し、反射率変化膜の温度を上昇させることで、凹
   部と凸部それぞれにおける反射率に違いをもたらし、前
   記反射率の違いを、前記反射率変化膜で反射された再生
   ビームを検出することにより、凹凸マークを情報として
   再生することを特徴とする光ディスク再生方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光記録媒体において、反
   射率変化は、室温と500℃の間で生ずることを特徴とす
   る光記録媒体。
4. 【請求項４】 請求項１記載の光記録媒体において、反
   射率変化は、相変化により生ずることを特徴とする光記
   録媒体。
5. 【請求項５】 請求項４記載の光ディスクにおいて、相
   変化膜は、室温では結晶質状態であることを特徴とする
   光ディスク。
6. 【請求項６】 請求項５記載の光記録媒体において、再
   生用ビームを照射した際、相変化層は、凹部では結晶質
   状態から非晶質状態に相変化し、凸部では結晶質状態が
   維持されることを特徴とする光再生方法。
7. 【請求項７】 請求項４記載の光ディスクにおいて、相
   変化膜の融点は600℃以下であることを特徴とする光デ
   ィスク。
8. 【請求項８】 請求項１記載の光ディスクにおいて、凹
   部と凸部で、熱容量が２０％以上異なることを特徴とす
   る光ディスク。
9. 【請求項９】 請求項１記載の光ディスクにおいて、凹
   部と凸部で、反射率変化膜の膜厚が２０％以上異なるこ
   とを特徴とする光ディスク。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の光ディスクにおいて、
    凹凸マーク領域の凹凸の段差は200nm以上であることを
    特徴とする光ディスク。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の光ディスクにおいて、
    凹凸マーク領域は、光記録領域のヘッダー部であること
    を特徴とする光ディスク。
12. 【請求項１２】 請求項１記載の光ディスクにおいて、
    反射率変化膜に隣接して、熱伝導率の高い熱拡散層を有
    することを特徴とする光ディスク。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の光ディスクにおい
    て、凹部と凸部で、熱容量が２０％以上異なることを特
    徴とする光ディスク。
14. 【請求項１４】 凹凸のマークによって情報が記録され
    た凹凸マーク領域と、後に光によって情報を記録するた
    めの光記録領域を有する光ディスクの再生方法におい
    て、凹凸マーク領域を再生する際の再生ビーム強度と、
    光記録領域を再生する際の再生ビーム強度は、異なるこ
    とを特徴とする光ディスク再生方法。