CN101055738A - 用于一次性写入记录的光学数据存储媒质 - Google Patents

Abstract

描述了一种双叠层光学数据存储媒质(10)，其用于利用聚焦辐射光束(9)入射通过该媒质的入射面(8)而进行一次性写入记录。该媒质包括至少一个基底(1，7)，在其一侧上具有第一记录叠层(2)，记作L₀，其包括一次性写入类型的L₀记录层(3)，该记录层的吸收率为k_L0，以及第二记录叠层(5)，记作L₁，其包括一次性写入类型的L₁记录层(6)，该记录层的吸收率为k_L1。第一记录叠层L₀的光学反射率值为R_L0、光学透射率值为T_L0，以及第二记录叠层的光学反射率值为R_L1。第一记录叠层的位置比第二记录叠层更接近入射面(8)。当满足以下条件0.45≤T_L0≤0.75并且0.40≤R_L1≤0.80以及k_L0＜0.3和k_L1＜0.3时，可以获得可在标准DVD－ROM播放器中播放的双叠层一次性写入媒质。描述了几种满足上述条件的叠层设计方案。

Description

用于一次性写入记录的光学数据存储媒质

本申请是申请号为03802340.7、发明名称为“用于一次性写入记录的光学数据存储媒质”、国际申请日为2003年1月16日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种双叠层光学数据存储媒质，其利用聚焦辐射光束进行一次性写入记录，该辐射光束的波长为λ并且在记录过程中入射通过该媒质的入射面，该媒质包括：

-至少一个基底，在其一侧上具有：

-第一记录叠层，记作L₀，其包括一次性写入类型的L₀记录层，该记录层的复折射率为 ${\tilde{n}}_{L0}=n_{L0}-i.k_{L0},$ 厚度为d_L0，所述第一记录叠层L₀的光学反射率值为R_L0、光学透射率值为T_L0，

-第二记录叠层，记作L₁，其包括一次性写入类型的L₁记录层，该记录层的复折射率为 ${\tilde{n}}_{L1}=n_{L1}-i,k_{L1},$ 厚度为d_L1，所述第二记录叠层L₁的光学反射率值为R_L1，这些光学参数都是在波长λ下确定的，

所述第一记录叠层的位置比第二记录叠层更接近入射面，

-透明间隔层夹在记录叠层之间，所述透明间隔层的厚度基本上大于聚焦辐射光束的聚焦深度。

背景技术

从日本专利申请JP-11066622中获知了如开头的段落中所述的一种光学记录媒质的实例。

近来，数字通用盘(DVD)作为一种数据存储量远大于CD的媒质已经获得了一定市场占有率。目前，这种格式可以用在只读(ROM)、可记录(R)和可改写(RW)类型中。对于可记录和可改写DVD而言，目前具有几种相互竞争的格式：对于可记录的有DVD+R、DVD-R，对于可改写的有DVD+RW、DVD-RW、DVD-RAM。对于可记录和可改写DVD格式，这二者都存在的问题在于有限的容量以及由此引起的记录时间的问题，这是因为仅存在最大容量为4.7GB的单叠层媒质。要注意，DVD-视频的ROM盘具有双层媒质，其容量为8.5GB，通常被称作DVD-9，已经具有了相当大的市场占有率。因此十分需要具有8.5GB容量的可记录和可改写DVD盘。双层，即双叠层可改写DVD盘很可能是可以实现的。然而很明显，可改写的完全可兼容盘，即符合双层DVD-ROM反射和调制的技术要求的盘是非常难以获得的，并且至少需要无定形/晶状相变材料性质的重要突破，该材料用作可改写DVD媒质中的记录层。可以获得的典型有效反射率级约为7％；这样的低反射率值严重地降低了现有DVD播放器的读取兼容性。没有完全兼容性，双层可改写DVD就不易在市场中获得成功。

为了获得与双层(＝双叠层)DVD-ROM标准相兼容的双叠层可记录DVD媒质，上部L₀层和下部L₁层这二者的有效反射率至少应为18％，即为了达到技术要求，最小有效光学反射率级至少应为R_min＝0.18。有效光学反射率是指当例如两个叠层L₀和L₁都存在并且分别聚焦在L₀和L₁上时，作为从媒质返回的有效光部分所测得的反射率。最小反射率R_min＝0.18是DVD标准的要求。然而在实际情况中，对于实现现有DVD播放器中的读取兼容性，稍微低一些的有效反射率(例如R＞0.12)也是可以接受的。要注意，目前R＞0.12这样的反射率在基于诸如相变技术的可改写双叠层DVD中是无法实现的。

为了达到这样的技术要求而必须限定的各层的光学反射率、吸收率和透射率值的条件，到目前为止并不是没有意义的。在JP-11066622中没有提及关于各层光学反射率、吸收率和透射率值的要求以及如何达到这些要求。应该注意，在这个文件中，L₀被定义为“最近”的叠层，即距离辐射光束入射面最近，以及从辐射光束的入射面观察，L₁是最深的叠层。

发明内容

本发明的目的是提供一种在开头的段落中所述类型的双叠层光学数据存储媒质，其有效反射率值至少提供了与现有DVD-ROM播放器的读取兼容性。在一种优选的形式中，可以实现与现有DVD-ROM标准的兼容性。

这个目的是利用根据本发明的光学数据存储媒质而实现的，该媒质的特征在于0.45≤T_L0≤0.75，0.40≤R_L1≤0.80并且k_L0＜0.3和k_L1＜0.3。本申请人发现这些条件可以从两记录叠层L₀和L₁的有效反射率级大于12％的条件中推导出来。更为优选的是0.55≤T_L0≤0.65，0.50≤R_L1≤0.70并且k_L0＜0.2和k_L1＜0.2，在这种情况下甚至可以达到更高的有效反射率值，例如15％或18％。基于具有一次性写入技术的记录层的双叠层可记录DVD媒质(例如DVD+R)，其具有较低的光学吸收率从而能够大体上克服相变可改写DVD双叠层媒质的反射率问题。具有较低吸收率的一次性写入记录层是诸如染料层。本发明可以用于DVD+R以及DVD-R格式。在下文中，我们一般用DVD+R表示可记录DVD。

典型的单叠层DVD+R媒质的反射率为50％、调制率为60％；这些值在单叠层DVD-ROM的技术要求之内；DVD+RW媒质的反射率低得多，约为20％。因此，开发双叠层R媒质的起点要比开发RW媒质更为有利。染色材料本质上对于λ波长具有高透射率。与金属反射层相结合，可以获得高反射率。因此，利用染料层中的较低吸收率进行记录是可能的。可以使用的典型的染料是花青型、偶氮型、squarylium型或具有希望特性的其它有机染色材料。

两层的最小有效反射率都是12％，在本发明中，特定的叠层设计方案的目标至少是R_eff＝18％。图1表示当假设了记录(例如染料)叠层的合理透射率和吸收率的数值时，在理论上可能使用的兼容双叠层DVD+R媒质。如果上部记录叠层L₀的透射率在45％到75％之间，那么每个叠层的反射率可能大于18％；因此下部记录叠层L₁的本征反射率应在40％-80％范围内。图1b更为详细地表示了这种情况。

在DVD实施例中，λ约为655nm。图4a表示了作为L₀记录层厚度d_L0的函数而计算得到的单记录层叠层的反射率。对于记录层光学常数的公值(n_L0＜3，k_L0＜0.3)，可以达到足够高的透射率；因此该反射率确定了所需的光学参数和层厚度。优选n_L0≥2.5并且d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0或者5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0的范围内。图4b表示了作为记录层折射率n_L0实部的函数而计算得到的L₀单记录层叠层的最大反射率；水平虚线表示反射率级R＝18％。根据图4b可以得出，为了得到至少为18％的反射率，记录层的折射率n_L0应足够大(或小)：

n_L0≥2.5或者n_L0≤1.0

然而后一个关系式在实际中不太可能满足。

最佳的L₀记录层厚度d_L0位于反射率的第一或第二最大值处，因而优选的层厚度是：

λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0(第一最大值)

5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0(第二最大值)

这种L₀叠层设计方案的优点是高透明度和其简易性。

在另一实施例中，在一次性写入L₀记录层和透明间隔层之间设置第一金属反射层，其厚度d_M1≤25nm，并且d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤5λ/8n_L0的范围内。对于这种叠层来讲，将第一金属反射层放置在染料层和间隔层之间，其起到半透明层的作用，从而提高反射率。必须规定最大厚度和适合的材料以保持第一金属反射层的透射率足够高。对于金属层来说，可以使用诸如Ag、Au、Cu、Al或其合金、或掺杂其他的元素。为了获得足够透明的叠层(T_L0≥45％)，优选的金属层厚度是：

d_M1≤25nm

最佳的染料层厚度是由透射率和反射率的最大值确定的。

薄金属层的出现，在R和T的极值中引起了附加的相移Δ～1/8到1/4；对于这种叠层设计方案，R和T的最大值位于：Max(R)→λ/2n_L0(p-Δ)，Max(T)→λ/2n_L0(p+1/2-Δ)。

只有第一反射率最大值周围的厚度范围是适合的，这是因为更大的染料层厚度会降低透射率。d_L0的下限(LL)由T的最大值确定：LL＝Max(R)-1/2周期＝λ/8n_L0。d的上限由第二Max(T)-1/8周期＝Max(R)+3/8周期＝5λ/8n_L0，这是因为增加厚度会严重降低反射率。因此优选的染料层厚度范围变为：

λ/8n_L0≤d_L0≤5λ/8n_L0。

所述方案的优点是具有如“标准”单记录层媒质的良好反射特性、近似的叠层设计方案以及因此近似的制造方法。

在另一实施例中，在第一金属反射层和透明间隔层之间设置第一透明辅助层I1，其折射率n_I1≥1.8并且厚度为d_I1≤λ/2n_I1。通过添加与第一金属反射层邻接的第一透明辅助层I1，提高了最佳反射率附近的透射率，该透明辅助层例如介电干涉层；介电层I的作用是抵消“记录层+薄金属”叠层和基底之间的光学失配，由此降低了反射率并增加了透射率，该介电层I例如由聚碳酸酯制成。

显而易见的是，三层之间有许多可能的组合。然而，唯一有效的叠层设计方案是记录层/薄金属/I层，这种设计方案可以使记录层同时具有高T、有限的R和足够的吸收率。对于这种类型的叠层来说，第一金属反射层可以使用诸如Ag、Au、Cu、Al或其合金、或掺杂其他的元素。为了获得足够透明的叠层，对于这种叠层类型，优选的金属层厚度为：

d_M1≤25nm

如图10所示，第一金属反射层之下的第一辅助层I1实际上提高了该叠层的透射率而且降低了其反射率，而R和T的极值(几乎)保持相同位置。最佳的记录层厚度由反射率的第一最大值确定，由Max(R)→λ/2n_L0(1-Δ)给出，其中由金属引起的相移Δ～1/8到1/4。对于这种叠层，优选的记录层厚度变为：

λ/8n_L0≤d_L0≤5λ/8n_L0

优选d_I1≤λ/4n_I1。显而易见的是，通过第一辅助层I1可以获得T的相对增长，这取决于I1层的折射率以及金属反射层的厚度，而记录层的特性不会影响T的相对增长。如图11所示，I层折射率n_I的有效范围是

n_I1≥1.8

根据图11可以获知I1层的最小折射率，对于该折射率，可以使裸露记录层/薄金属反射层叠层的透射率增长因数X。对于透射率的X增益，其遵循I层的折射率应为：

n_I1≥(X+0.036*d_M1-1.025)/(0.0267*d_M1+0.005)

这里，第一金属反射层厚度d_M1以纳米形式给出(要注意该公式是n_I1为1.8-3范围内的近似值)。通过将所需的叠层透射率(例如50％)除以裸露(没有I层)记录层/薄金属反射层叠层的透射率(例如38％)可以算出X因数。例如，对于金属反射层厚度为15nm的裸露记录层/薄金属反射层叠层来说，如果要求透射率的增长因数为50/38＝1.3，那么附加的I1层的折射率至少应增加2.0。

在下部放置的干涉层厚度中，叠层的反射率和透射率同样是周期性的，其周期是λ/2n_I1。因此，I1层的厚度不必大于一个周期：

d_I1≤λ/2n_I1

如果想要增加I1层的T(并且减少R)，那么其最佳厚度位于T的第一最大值位置，该位置位于(1/2-Δ)*λ/2n_I1处，其中Δ～1/8。

那么，I层的优选(最佳)厚度变为：

d_I1，opt＝3λ/16n_I1

对于更大的d_I1，透射降低而反射再次增加。如果n_I1足够大，那么有可能将I1层的厚度保持在上面所给出的最佳值之下。

那么，I层的有效厚度范围变为：

d_I1≤λ/4n_I1

这种设计方案的优点在于其灵活性，即可以有大范围的R和T。

在另一实施例中，在一次性写入L₀记录层的一侧设置第二透明辅助层I2，其折射率为n_I2并且厚度d_I2在0＜d_I2≤3λ/8n_I2的范围内，d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0或者5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0的范围内。优选地，第二透明辅助层位于一次性写入L₀记录层距离入射面最远的一侧并且n_I2≤n_L0/1.572。可选择地，第二透明辅助层位于一次性写入L₀记录层距离入射面最近的一侧并且n_I2≥n_L0/0.636。不存在金属反射层。这种叠层基于介电反射镜的原理。由于第二辅助层I2，即介电反射镜是透明的，因此对于记录层和I层厚度以及光学常数的要求是根据反射率的限制得出的。

当干涉层厚度为λ/4n_I2(或3λ/4n_I2)、染料层厚度为λ/4n_L0(第一最大值)或者3λ/4n_L0(第二最大值)时，反射率具有最大值。

干涉层厚度的优选范围为：

0＜d_I2≤3λ/8n_I2

染料层厚度的优选范围为：

λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0(第一最大值)

5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0(第二最大值)

可以看出，这种类型的叠层存在两种情况：

(a)记录层在I2层上，并且

(b)I2层在记录层上

情况(a)：

最佳反射率由R＝[(1-(n_L0/n_I2)²)/(1+(n_L0/n_I2)²)]²给出。

为了达到R＝18％的反射率技术要求，I2层的折射率可被计为：

n_I2≤n_L0/1.572

情况(b)：

最佳反射率由R＝[(1-(n_I2/n_L0)²)/(1+(n_I2/n_L0)²)]²给出。

为了达到R＝18％的反射率技术要求，I2层的折射率可被计为：

n_I2≥n_L0/0.636

通过添加更多的透明辅助层(具有交替的高n和低n，厚度约为λ/4n)，利用更小的I2层折射率极值就可以改进该叠层的反射特性。但是该叠层就会变得更为复杂。上述设计方案的优点在于其相对简单，而仍然达到足够的反射率和高透射率。

对于L₀所提出的叠层不限于用于双叠层媒质，而也可以用于单叠层和多叠层(＞2)的媒质。

根据本发明，对于双叠层光学数据记录媒质的L₁叠层来说，在一次性写入类型L₁记录层距离入射面最远的一侧设置第二金属反射层。在另一实施例中，第二金属反射层的厚度d_M2≥25nm并且d_L1优选在0＜d_L1≤3λ/4n_L1的范围内。后一个范围是传统单叠层一次性写入媒质的范围。当d_M2小于25nm时，反射率可能会变得过低。可记录双叠层DVD媒质的下部叠层L₁对辐射光束波长应具有高反射率，从而能够通过上面的叠层L₀读取所记录的数据。为了达到双层(即双叠层)DVD-ROM的技术要求，L₁的有效反射率应在18％到30％的范围内。如果L₀叠层对激光波长的透射率为T_L1，这意味着L₁的本征反射率应在18/T_L0 ²％到30/T_L0 ²％的范围内。给定的L₀的典型透射率在50％到60％范围内，这表示L₁的反射率应为50％或更多。这个值已经落入了单叠层DVD+R盘技术要求的反射率范围内。因此从理论上讲，单叠层DVD+R叠层的设计方案可用作L₁叠层。然而，如果是2类型(参见图16b)盘的情况下，这表明记录层，例如染料层直接与例如用作间隔层的粘合剂相接触。这种粘合剂可能损害染料层，导致缩短了媒质的寿命。

因此优选的是，在一次性写入类型L₁记录层最接近入射面的一侧、邻接该一次性写入类型L₁记录层设置第三透明辅助层I3，其折射率为n_I3，厚度d_I3在0＜d_I3≤λ/n_I3的范围内，或者，在一次性写入类型L₁记录层最接近入射面的一侧、邻接该一次性写入类型L₁记录层设置第三金属反射层，其厚度d_M3在0＜d_M3≤25nm的范围内，并且d_L1在0＜d_L1≤5λ/16n_L1或者7λ/16n_L1≤d_L1≤λ/n_L1的范围内。通过引入第三透明辅助层或第三金属反射层，就抵消了间隔层对记录层的化学影响问题。这里提出了两种类型的L₁叠层，用于保护记录层免受诸如间隔层的粘合剂影响。这里提出的叠层不限于用于双叠层光学记录媒质，也可用于任何(单叠层和多叠层)基于有机记录层，例如染料层的光学记录媒质。对于第三金属反射层，可以使用诸如Ag、Au、Cu、Al或其合金、或掺杂其他的元素。

图14给出了这种叠层设计方案的示意图。

对于薄金属层，可以使用诸如Ag、Au、Cu、Al或其合金、或掺杂其他的元素。

在双叠层光学数据存储媒质的有效实施例中，在一次性写入L₁记录层和第二金属反射层之间设置第四透明辅助层I4，其折射率为n_I4以及厚度d_I4在0＜d_I4≤3λ/16n_I4的范围内。该第四透明辅助层允许记录层的厚度稍薄一些，而已写入的标记的反射率和调制率保持良好。

在双叠层光学数据存储媒质的又一有效实施例中，在第三金属反射层最接近入射面的一侧、邻接该第三金属反射层设置第五透明辅助层I5，其折射率为n_I5，厚度d_I5在0＜d_I5≤λ/4n_I5的范围内。第五透明辅助层增加了记录层和间隔层粘合剂之间的化学屏蔽，这有益于记录叠层的使用寿命。

当至少一个透明辅助层包括透明吸热材料时，这是十分有利的，该吸热材料可以从ITO、HfN和AlON的材料组中选取。介电材料通常表现出较差的热传导性。上述的材料具有较高的热传导性，同时它们是透明的。高的热传导性可以在标记清晰度方面提高所记录标记的质量，例如抖动、成型、调制。

在双叠层光学数据存储媒质中，可以将L₁的引导槽设置在透明间隔层中，称作类型1，或者设置在基底中，称作类型2。该引导槽也称作预槽和伺服槽。L₀的引导槽可以设置在最接近入射面的基底上。

附图说明

将参照附图对本发明进行更为详尽的说明，其中：

图1a表示作为上部记录叠层L₀透射率的函数，可以获得的上部记录叠层L₀和下部记录叠层L₁的最大有效反射率；

图1b表示作为L₁的本征反射率的函数，L₁叠层的有效全反射；表示了三种不同的L₀透射率值的例子；

图2表示根据本发明的光学数据存储媒质的实施例的示意图，其中包括两个叠层L₀和L₁；

图3表示光学数据存储媒质(单记录层L₀叠层的设计方案)的L₀叠层的实施例的示意图；

图4a表示对于记录层的三个折射率n_L0值，作为记录层厚度d_L0的函数而算得到的反射率；

图4b表示光学数据存储媒质中可以获得的单记录层的最大反射率；

图5表示光学数据存储媒质的L₀叠层的另一实施例的示意图；

图6a表示对于记录层的三个折射率值，作为记录层厚度的函数的图5中叠层的透射率图。虚线表示允许的T的下限；

图6b表示作为记录层厚度的函数的这些相同叠层的反射率；

图7a表示光学数据存储媒质的L₀叠层的另一实施例的示意图；

图7b表示光学数据存储媒质的L₀叠层的另一实施例的示意图；

图8a表示对于记录层的五个折射率n_L0值，作为辅助层I折射率n_I的函数的记录层/辅助层叠层的最大反射率；

图8b表示对于记录层的五个折射率n_L0值，作为辅助层I折射率n_I的函数的辅助层/记录层叠层的最大反射率；

图9表示光学数据存储媒质的L₀叠层的另一实施例的示意图；

图10a表示作为记录层厚度的函数，记录层/薄金属反射层叠层和记录层/薄金属反射层/辅助层叠层的透射率之间的比较；

图10b同样表示了对于图10a的叠层，作为记录层厚度的函数的反射率；

图11表示当添加了邻接金属反射层的辅助层I时，记录层/薄金属反射层叠层的透射率可以增长的最大因数(X)；

图12表示光学数据存储媒质设计方案的L₁叠层的实施例的示意图：辅助层/记录层/较厚金属反射层；

图13表示图12的L₁叠层设计方案中，对于记录层的三个折射率n_L1值，作为记录层厚度(k_L1＝0.1)的函数的本征反射率。虚线表示反射级为50％，其是L₁本征反射率的实际值；

图14表示光学数据存储媒质的L₁叠层的另一实施例的示意图(设计方案：薄金属层/记录层/较厚金属层)；

图15表示图14的L₁叠层设计方案中，作为记录层厚度的函数的本征反射率；

图16a表示类型1的光学数据存储媒质；

图16b表示类型2的光学数据存储媒质。

具体实施方式

在图1a中表示了作为上部记录叠层L₀的透射率T的函数，可以获得的下部记录叠层L₁的最大反射率。吸收率A＝0的线是理论极限，诸如染料层的典型吸收率为10％。DVD标准要求每个叠层的有效反射率为18％，该反射率由水平虚线表示；在本发明中，R_eff≥18％被认为是优选实施例的目标值。

在图1b中表示了作为L₁的本征反射率的函数，L₁叠层的有效全反射率。表示了三种不同的L₀叠层透射率值T的例子。

在图2中表示了一种用于记录的双叠层光学数据存储媒质10，该媒质利用波长为655nm的聚焦激光束9进行记录。在记录过程中，激光束9入射通过媒质10的入射面8。媒质10包括基底7，在其一侧上具有第一记录叠层，记作L₀，其包括一次性写入类型L₀记录层6，该记录层具有复折射率 ${\tilde{n}}_{L0}=n_{L0}-i.k_{L0},$ 厚度为d_L0。第一记录叠层L₀的光学反射率值为R_L0、光学透射率值为T_L0。第二记录叠层2，记作L₁，其包括一次性写入类型L₁记录层3，该记录层具有复折射率 ${\tilde{n}}_{L1}=n_{L1}-{i.k}_{L1},$ 厚度为d_L1。第二记录叠层L₁的光学反射率值为R_L1。这些光学参数都是在激光束波长下测得的。第一记录叠层5的位置比第二记录叠层3更接近入射面8。透明间隔层4夹在记录叠层2和5之间。透明间隔层4的厚度基本上大于聚焦辐射光束9的聚焦深度。

为了达到双层DVD-ROM的技术要求，上部记录叠层L₀的有效反射率级等于R_L0，并且下部记录叠层L₁的有效反射级等于R_L1*(T_L0)²，这两个值都应当落入18％到30％的范围内：0.18≤R_L0≤0.30，0.18≤R_L1*(T_L0)²≤0.30。实际上，对于现有DVD播放器上的读取兼容性而言，有效反射率级＞12％就足够了。可以实现后一个条件的T_L0和R_L1的实际范围是：0.45≤T_L0≤0.75，0.40≤R_L1≤0.80并且k_L0＜0.3，k_L1＜0.3。这样，就所关心的反射率级而言，利用适当的R_L0、T_L0和R_L1组合，就可以获得与双层DVD-ROM的技术要求相兼容的双层DVD+R(DL)媒质。DVD+R DL盘可以包括任意的L₀叠层和L₁叠层的组合。一种具体的实施例是：

类型2的媒质(参见图16)，具有L₀实施例叠层5(95nm染料/10nmAg/55nmZnS-SiO₂)和L1实施例叠层3(15nmAg/130nm染料/100nmAg)，其透明间隔4的厚度为55μm。L₀的有效反射率为28％，L₁(通过L₀)的有效反射率为21％。通过将染料用作记录层，就可以制造出具有适用于多叠层媒质的高透过率的记录叠层，该染料对于激光记录波长几乎为透明的。这在一次性写入光学媒质中是一种典型的情况，这种媒质诸如CD-R和DVD+R。在以下不同的L₀叠层设计方案中，其中包括有机染料。该设计方案具有高透明度(为了使寻址下部放置叠层有效)和有限的反射率(用于读取所必须的)。对参数范围进行调节，以达到可记录双叠层DVD盘中的上部记录叠层L₀的技术要求：

R_L0≥18％，

T_L0≥50％。

如果L₁具有非常高的反射率，那么T_L0的下限可以更低些，例如45％。为了理解以下为不同叠层所提出的厚度范围，注意到以下几点是有益的：

(i)叠层的反射率和透射率以λ/2n为周期。

(ii)由于记录层的本征高透明度，叠层反射率和透射率的极值几乎一致，该记录层例如染料层(k＜n)。

在图3中表示了双叠层光学数据存储媒质10的L₀叠层的实施例，该叠层具有记录层6，其中n_L0≥2.5，d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0或5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0范围内。附图标记具有如图2所述的含义。记录层6是59nm厚的偶氮染料，其折射率 ${\tilde{n}}_{L0}=2.68-i.0.23.$ 反射率R_L0＝0.18，透射率T_L0＝0.58。波长λ是655nm。

在图4a中表示了对于记录层的三个折射率n_L0值，作为记录层6厚度d_L0的函数而算得的反射率。可以发现，当记录层6的折射率n_L0大于2.5时，可以获得大于0.18的反射率级。最佳反射率位于厚度为(1/2+p)*λ/2nd处，其中p是整数。

在图4b中表示了在光学数据存储媒质中可以获得的单记录层的最大反射率(记录层嵌入聚碳酸脂背板中，其折射率n＝1.6)。虚线表示的值为R＝18％。

在图5中表示了双叠层光学数据存储媒质10的L₀叠层的实施例，其具有记录层6，其中第一金属反射层11的厚度为d_M1≤25nm，该反射层位于一次性写入L₀记录层6和透明间隔层4之间，并且d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤5λ/8n_L0的范围内。附图标记具有如图2所述的含义。记录层6是100nm厚的偶氮染料(JJAP37(1998)2084)，其折射率 ${\tilde{n}}_{L0}=2.44-i.0.06.$ 聚焦激光束9的波长λ是655nm。

下面是在第一金属反射层11为不同的三种材料时可获得的结果：

-8nm Ag(n＝0.16，k＝5.34)R_L0＝0.21，T_L0＝0.53

-10nm Au(n＝0.28，k＝3.9)R_L0＝0.27，T_L0＝0.52

-10nm Cu(n＝0.23，k＝3.7)R_L0＝0.25，T_L0＝0.55

在图6a中表示了对于记录层6的三个折射率n_L0值，作为记录层6厚度d_L0的函数而算得的图5的叠层的透射率T_L0图。第一金属反射层11是10nm的Ag。虚线表示T的值为50％。

在图6b中表示了作为记录层6厚度d_L0的函数而算得的同一叠层的反射率R_L0。红色虚线表示允许的R的下限。R的最大值和T的最小值位于(p-Δ)*λ/2nd处，其中p是整数并且Δ～1/8到1/4。R的最小值和T的最大值位于(p+1/2-Δ)*λ/2nd处。

在图7a和7b中表示了双叠层光学数据存储媒质的L₀叠层的两个实施例，其中附图标记为12的第二透明辅助层I2邻接一次性写入L₀记录层6，该辅助层的折射率为n_I2，厚度d_I2的范围是0＜d_I2≤3λ/8n_I2，d_L0的范围是λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0或者5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0。在图7a中，第二透明辅助层12位于一次性写入L₀记录层6远离入射面8的一侧，并且n_I2≤n_L0/1.572。第二透明辅助层I2是由SiO₂制成的介电层，其折射率n_I2＝1.44，厚度d_I2＝114nm。记录层6是偶氮染料(JJAP37(1998)2084)，其折射率 ${\tilde{n}}_{L0}=2.44-i.0.06,$ 厚度d_L0＝67nm。聚焦激光束9的波长λ是655nm。可以获得以下的反射率和透射率：R_L0＝0.20，T_L0＝0.72。

在图8a中表示了对于记录层的五个折射率n_L0值，作为辅助层I折射率n_I的函数而表示的记录层/辅助层叠层的最大反射率。虚线表示R的值为18％。

在图8b中表示了对于记录层的五个折射率n_L0值，作为辅助层I折射率n_I的函数的辅助层/记录层叠层的最大反射率。虚线表示R的值为18％。

在图9中表示了如图5所示的双叠层光学数据存储媒质10的L₀叠层的实施例，其中在第一金属反射层11和透明间隔器层4之间附加了第一透明辅助层13(I1)，其折射率n_I1≥1.8并且厚度为d_I1≤λ/2n_I1。优选d_I1≤λ/4n_I1。附图标记具有如图2所述的含义。记录层6是100nm厚的偶氮染料(JJAP37(1998)2084)，其折射率 ${\tilde{n}}_{L0}=2.44-i.0.06.$ 聚焦激光束9的波长λ是655nm。

下面是当第一金属反射层11和第一辅助层13分别为以下材料时可获得的结果：

-10nm Ag(n＝0.16，k＝5.34)以及

55nm(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀(n＝2.15)：R_L0＝0.28，T_L0＝0.53

-10nm Cu(n＝0.23，k＝3.7)以及

20nm(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀：R_L0＝0.19，T_L0＝0.62。

在图10a中表示了作为记录层厚度d_L0的函数，记录层/薄金属反射层叠层(n_L0＝2.4，k_L0＝0.1，10nm Ag)和记录层/薄金属反射层/辅助层叠层(n_L0＝2.4，k_L0＝0.1，10nm Ag，n_I＝2.1，d_I＝50nm)的透射率之间的比较。虚线表示T的值为50％。

在图10b中表示了对于图10a的叠层，作为记录层厚度d_L0的函数的反射率。虚线表示的值为18％。

在图11中表示了当添加了邻接金属反射层的辅助层I时，对于金属层厚度的三个值，作为I层折射率的函数的记录层/薄金属反射层叠层的透射率可以增长的最大因数(X)。虚线表示在1.8≤n_I≤3.0的范围内，函数X(n_I)的线性近似值。

不使用辅助层，或者除该辅助层外，将透明吸热层应用到L₀记录叠层中是有利的。由于吸热层的作用，可能引起记录性能的改进。可使用的L₀叠层类型已经结合图7和图9进行了描述。在这两种叠层类型中，设置了一个辅助层，即介电层，用于调节反射率和透射率值。所使用的典型介电材料是ZnS-SiO₂或者SiO₂等。这些材料的热传导率较低，典型地＜1W/mK。通过将介电材料替换为热传导率＞1W/mK的材料例如ITO、HfN或者AlON(ITO约为3.6W/mK)，可以获得改进的吸热功能。这些材料的光学常数接近于典型的介电质(n～2，k＜0.05)，从而可以使用与诸如图7和图9相似的光学叠层设计方案。

在图12中表示了光学数据存储媒质10的L₁叠层实施例的示意图。附图标记具有如图2所述的含义。第二金属反射层15设置在一次性写入类型L₁记录层3远离入射面8的一侧。第二金属反射层15的厚度d_M1≥25nm并且d_L1在0＜d_L1≤3λ/4n_L1的范围内。在一次性写入类型L₁记录层3最接近入射面8的一侧、邻接该一次性写入类型L₁记录层3设置第三透明辅助层16(I3)，其折射率为n_I3，厚度d_I3在0＜d_I3≤λ/n_I3的范围内。

R_L1是L₁叠层的本征反射率。如DVD只读盘手册的附录D中定义的有效反射率应在18％≤R_L1eff≤30％范围内。

T_L0是L₀叠层的本征透射率，即对于本征反射率为R_L1的下部设置L₁叠层来说，实际双叠层媒质中的有效反射率为T_L0 ²*R_L1。

记录层3是130nm厚的偶氮染料(matsc.And eng.B79(2001)45.)，其折射率为 ${\tilde{n}}_{L0}=2.44-i.0.06.$ 聚焦激光束9的波长λ是655nm。第四透明辅助层16是50nm的SiO₂(n＝1.44)，第二金属反射层是100nm的Ag。获得了R_L1＝0.73的反射率。

图13表示了图12的L₁叠层设计方案中，对于记录层折射率n_L1的三个值，作为记录层厚度(k_L1＝0.1)的函数的本征反射率。虚线表示反射率级为50％，其为L₁本征反射率的实际值。

在图14中表示了光学数据存储媒质10的L₁叠层实施例的示意图。附图标记具有如图2所述的含义。在一次性写入类型L₁记录层3最接近入射面8的一侧设置第三金属反射层17，其厚度d_M3在0＜d_M3≤25nm的范围内，并且d_L1在0＜d_L1≤5λ/16n_L1或者7λ/16n_L1≤d_L1≤λ/n_L1的范围内。

第二金属反射层15的厚度d_M2≥25nm。R_L1是L₁叠层的本征反射率。如DVD只读盘手册的附录D中定义的有效反射率应在18％≤R_L1eff≤30％。T_L0是L₀叠层的本征透射率，即对于本征反射率为R_L1的下部L₁叠层来说，实际双叠层媒质中的有效反射率为T_L0 ²*R_L1。

记录层3是150nm厚的偶氮染料(JJAP37(1998)2084.)，其折射率为 ${\tilde{n}}_{L0}=2.44-i.0.06.$ 聚焦激光束9的波长λ是655nm。第三金属反射层17是15nm的Ag。获得了R_L1＝0.8的反射率。

在另一实施例中(未示出)，在一次性写入L₁记录层和第二金属反射层15之间设置第四透明辅助层I4，其折射率为n_I4以及厚度d_I4在0＜d_I4≤3λ/16n_I4的范围内。在这种情况下，记录层3是55nm厚的偶氮染料(JJAP37(1998)2084.)，其折射率为 ${\tilde{n}}_{L0}=2.44-i.0.06.$ 聚焦激光束9的波长λ是655nm。第三金属反射层17是10nm的Au。第四透明辅助层是60nm的SiO₂。获得了R_L1＝0.63的反射率。

在图15中表示了图14的L₁叠层设计方案中，对于记录层的三个折射率n_L1值，作为记录层厚度(k_L1＝0.1)的函数的本征反射率。虚线表示反射率级为50％，其是L₁本征反射率的实际下限值。

在图16a中表示了一种所谓的类型1媒质。将光学记录叠层(L₀)施加到透明的、预先设有槽的基底7，该叠层对于激光波长是半透明的。透明间隔层4贴附于L₀叠层。该间隔层4可以包含L₁的预制槽(G)，或者在将间隔层4施加到L₀之后，才在间隔层4中形成L₁的预制槽(G)。第二记录叠层L₁沉积在具有槽的间隔层4上。最后，施加一个副基底1。

在图16b中表示了一种所谓的类型2媒质。将光学记录叠层(L₀)施加到透明的、预先设有槽的基底7，该叠层对于激光波长是半透明的。将第二光学记录叠层L₁施加到第二透明的、预先设有槽(G)的基底1，该叠层对于激光波长是反射的。具有L₁的基底1贴附于具有L₀的基底7，这二者之间具有透明间隔层4。对于这两种类型的盘，优选的间隔层厚度是40μm到70μm。

本文中所提出的叠层不限于用于DVD+R-DL，还可以用于任何基于有机染料的(多叠层)光学记录媒质中。然而，所规定的厚度和光学常数范围要满足DVD+R-DL媒质的L₀和L₁叠层的要求。应该注意，实际的标记记录没有必要在槽G中进行，而可以在槽之间的区域中进行，该区域也称作槽脊上。这种情况下，该引导槽G仅仅用作伺服跟踪部件，其中的实际辐射光束记录光点出现在槽脊上。

应该注意，上述对实施例的说明无意限制本发明，在不背离所附权利要求范围的情况下，本领域技术人员可以设计出许多可选实施例。在权利要求中，置于括号内的任何附图标记不应构成对权利要求的限制。词语“包括”不排除出现不同于权利要求中所列出的元件或步骤。简单的情况是，在互不相同的从属权利要求中所述的某些方法不表示这些方法的组合不能用于实现优点。

根据本发明，描述了一种双叠层光学数据存储媒质，该媒质用于利用入射通过该媒质入射面的聚焦辐射光束进行一次性写入记录。该媒质包括至少一个基底，其中在其一侧上具有第一记录叠层，记作L₀，其包括一次性写入类型L₀记录层，其吸收率为k_L0，以及第二记录叠层，记作L₁，其包括一次性写入类型L₁记录层，其吸收率为k_L1。第一记录叠层L₀的光学反射率值为R_L0，光学透射率值为T_L0，第二记录叠层的光学反射率为R_L1。第一记录叠层设置在比第二记录叠层更接近入射面的位置处。当满足以下条件时，就可以获得可以在标准DVD-ROM播放器中播放的双叠层一次性写入媒质：0.45≤T_L0≤0.75，0.40≤R_L1≤0.80并且k_L0＜0.3和k_L1＜0.3。所描述的几个叠层设计方案均满足以上条件。

Claims (20)

1.一种双叠层光学数据存储媒质(10)，用于利用聚焦辐射光束(9)进行一次性写入记录，该聚焦辐射光束(9)的波长为λ并且在记录过程中入射通过该媒质(10)的入射面(8)，该媒质(10)包括：

-至少一个基底(1，7)，在其一侧上具有：

-第一记录叠层(2)，记作L₀，其包括一次性写入类型的L₀记录层(3)，该记录层的复折射率为 ${\tilde{n}}_{L0}=n_{L0}-i.k_{L0},$ 厚度为d_L0，所述第一记录叠层L₀的光学反射率值为R_L0、光学透射率值为T_L0，

-第二记录叠层(5)，记作L₁，其包括一次性写入类型的L₁记录层(6)，该记录层的复折射率为 ${\tilde{n}}_{L1}=n_{L1}-i.k_{L1},$ 厚度为d_L1，所述第二记录叠层L₁的光学反射率值为R_L1，这些光学参数都是在波长λ下确定的，

所述第一记录叠层的位置比第二记录叠层更接近入射面，

-透明间隔层(4)夹在记录叠层(2，5)之间，所述透明间隔层(4)的厚度基本上大于聚焦辐射光束(9)的聚焦深度，

其特征在于0.45≤T_L0≤0.75，0.40≤R_L1≤0.80并且k_L0＜0.3和k_L1＜0.3。

2.如权利要求1所述的双叠层光学数据存储媒质，其中λ约为655nm。

3.如权利要求1或2所述的双叠层光学数据存储媒质，其中对于一次性写入L₀记录层，满足以下条件：n_L0≥2.5并且d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0或者5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0的范围内。

4.如权利要求1或2所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入L₀记录层和透明间隔层之间设置第一金属反射层，其厚度d_M1≤25nm，并且d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤5λ/8n_L0的范围内。

5.如权利要求4所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在第一金属反射层和透明间隔层之间设置第一透明辅助层I1，其折射率n_I1≥1.8并且厚度为d_I1≤λ/2n_I1。

6.如权利要求5所述的双叠层光学数据存储媒质，其中d_I1≤λ/4n_I1。

7.如权利要求1或2所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入L₀记录层的一侧设置第二透明辅助层I2，其折射率为n_I2并且厚度d_I2在0＜d_I2≤3λ/8n_I2的范围内，d_L0在λ/8n_L0≤d_L0≤3λ/8n_L0或者5λ/8n_L0≤d_L0≤7λ/8n_L0的范围内。

8.如权利要求7所述的双叠层光学数据存储媒质，其中第二透明辅助层(12)位于一次性写入L₀记录层(6)距离入射面(8)最远的一侧并且n_I2≤n_L0/1.572。

9.如权利要求7所述的双叠层光学数据存储媒质，其中第二透明辅助层(12)位于一次性写入L₀记录层(6)距离入射面最近的一侧并且n_I2≥n_L0/0.636。

10.如前面任何一项权利要求所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入类型L₁记录层(3)距离入射面(8)最远的一侧设置第二金属反射层(15)。

11.如权利要求10所述的双叠层光学数据存储媒质，其中第二金属反射层(15)的厚度d_M1≥25nm。

12.如权利要求11所述的双叠层光学数据存储媒质，其中d_L1在0＜d_L1≤3λ/4n_L1的范围内。

13.如权利要求12所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入类型L₁记录层(3)最接近入射面(8)的一侧、邻接该一次性写入类型L₁记录层设置第三透明辅助层I3(13)，其折射率为n_I3，厚度d_I3在0＜d_I3≤λ/n_I3的范围内。

14.如权利要求11所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入类型L₁记录层(3)最接近入射面(8)的一侧设置第三金属反射层(17)，其厚度d_M3在0＜d_M3≤25nm的范围内，并且d_L1在0＜d_L1≤5λ/16n_L1或者7λ/16n_L1≤d_L1≤λ/n_L1的范围内。

15.如权利要求12或14所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入L₁记录层(3)和第二金属反射层(15)之间设置第四透明辅助层I4，其折射率为n_I4，并且厚度d_I4在0＜d_I4≤3λ/16n_I4的范围内。

16.如权利要求13所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在一次性写入L₁记录层(3)和第二金属反射层(15)之间设置第四透明辅助层I4，其折射率为n_I4并且厚度d_I4在0＜d_I4≤3λ/16n_I4的范围内。

17.如权利要求14或15所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在第三金属反射层(17)最接近入射面(8)的一侧、邻接该第三金属反射层(17)设置第五透明辅助层I5，其折射率为n_I5，厚度d_I5在0＜d_I5≤3λ/16n_I5的范围内。

18.如权利要求5，6，7，8，9，13，15，16或17所述的双叠层光学数据存储媒质，其中至少一个透明辅助层包括透明的吸热材料，该材料是从ITO、HfN和AlON的材料组中选取的。

19.如权利要求1或2所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在透明间隔层(4)中提供L₁的引导槽(G)。

20.如权利要求1或2所述的双叠层光学数据存储媒质，其中在基底(1)中提供L₁的引导槽(G)。

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