JP2004022157A

JP2004022157A - 光ディスク及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004022157A
Application number: JP2002180371A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Ikeda; 池田　貢; Yoshiaki Maeno; 前納　良昭
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】この発明は、安価で反射率が低い光ディスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明の光ディスクは、光学読み取りが可能な光ディスク１において、ディスク基板１０の光学読み取り面上に、信号読み取り用のレーザーの波長より小さいピッチで微細な凹凸の連続パターンからなる反射防止層１１が設けられている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンパクトディスク（ＣＤ）、ディジタルバーサタルディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（ＣＤ）、ディジタルバーサタルディスク（ＤＶＤ）などの光ディスクに記録された情報は、レーザーダイオードから出たレーザー光を小さいスポットにして光ディスクに当て、光ディスクの金属反射膜からの反射光を取り出して読み取られる。光ディスクにおいて、信号読み取りを行うために、光ディスク面に読み取りレーザーを照射した場合、空気層と光ディスクのプラスチック材料との屈折率の違いから光ディスク表面でレーザー光の反射が発生する。また、ディスクに照射された読み取りレーザー光が光ディスクの信号面に形成された金属反射膜に反射し、空気層に出光する場合にも光ディスクと空気層の境界で反射が発生し、光ディスク内で反射レーザー光が伝播する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したレーザー光は、光ディスク表面で約４％の反射、金属反射膜からのレーザーの反射光が光ディスクのプラスチックから空間に出る場合に約４％の反射が発生していた。このレーザー光の反射により、レーザー読み取り上の光損失が生じ、光ディスクの読み取り信号の出力が低下すると共に、Ｓ／Ｎ比が悪化するという問題があった。
【０００４】
ところで、ガラス、プラスチックなどの透光性基板を用いた光学素子においては、表面反射による光を減少させるために、基板の光入射面に反射防止膜を設けるなどの表面処理を施すことが知られている。また、反射防止膜として、転写用反射防止フィルムが住友大阪セメント株式会社より商品名「ＡＲ転写フィルム」として販売されており、この転写用反射防止フィルムを用いてアクリル基材にインモールド同時転写を行って反射防止膜を設けることが提案されている。この転写用反射防止フィルムを用いて光ディスクの入射面に反射防止膜を設ける方法をこの発明者等は検討した。図１４に転写用反射防止フィルムを用いた光ディスクの製造方法につき説明する。
【０００５】
図１４に示すように、透明フィルムの上に金属酸化物からなる反射防止膜を蒸着、または塗布した転写用反射防止フィルム１００をロール状に形成したものを用意する。固定側成型金型２０１に記録信号を形成したスタンパ２０２の反対面を取り付ける。固定側成型金型２０１には、基材となるポリカーボネートなどの樹脂２０２を金型内に注入するノズル２０３が取り付けられている。そして、図１４（ａ）に示すように、可動側成型金型２１０と固定側成型金型２０１との間に転写用反射防止フィルム１００を介在させる。その後、図１４（ｂ）に示すように、両金型２０１、２１０を閉じた状態で、ノズル２０３から樹脂２０２を注入し、ディスク基板を成型する。この成型時の熱により、ディスク基板の光入射側には、熱溶着により、転写用反射防止フィルム１００の反射防止膜が接着される。また、ディスク基板のスタンパにより形成された記録面にアルミニウム等を蒸着して反射面を形成し、その上に透明なプラスチックからなる保護層を設けて光ディスクが形成される。
【０００６】
上記の方法により、光ディスクの光入射側に反射防止膜を形成することができる。しかし、上記の方法によれば、反射防止膜を形成するために、熱転写用反射防止フィルムを必要とするために、部品点数が増加し、その分のコストが嵩むという難点がある。また、住友大阪セメント株式会社より商品名「ＡＲ転写フィルム」を用いたアクリル板では視感反射率が０．６８％程度のものが得られているが、より反射率が低いものが望まれる。
【０００７】
また、反射を防止するための表面処理の他の方法として、光学素子表面に微細且つ緻密な凹凸形状を形成する方法がある。一般に、光学素子表面に周期的な凹凸形状を設けた場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には回折は発生せず、そのピッチや深さ等に対応する単一波長の光に対して有効な反射防止効果を得る事ができる。このような形状のものを作成する方法としては、例えば、特開昭６２−９６９０２号公報に記載されている如く、成形用型の表面を可視光線の１／３の波長の深さから、同波長の１／５０までの間の所定の深さの、緻密な鋸状（先端に丸みのあるものも含む）の加工を施し、その型をもってプラスチック成形をするものがある。しかし、この公報には、光ディスクに入射するレーザー光の反射防止の対策については、何ら考慮されていない。
【０００８】
この発明は、上記した従来の難点に鑑みなされたものにして、安価で反射率が低い光ディスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の光ディスクは、光学読み取りまたは書き込みが可能な光ディスクにおいて、光学読み取りまたは書き込み面上に、信号読み取りまたは書き込み用のレーザーの波長より小さいピッチで微細な凹凸の連続パターンからなる反射防止層が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、部品点数を増やすことなく、反射率が低い光ディスクを提供できる。
【００１１】
この発明の光ディスクの製造方法は、光学信号記録パターンを形成したスタンパ金型を取り付ける面と反対側の面に、光学読み取り用のレーザーの波長より小さいピッチで微細な凹凸の連続パターンからなる反射防止パターンを形成したパターン金型を取り付け、ディスクを射出成型することで、光学信号記録パターンと反射防止層とを形成することを特徴とする。
【００１２】
上記した構成によれば、光ディスクのディスク基板の樹脂成型時に、記録面の成形と同時に反射防止層が形成でき、量産性にも優れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の一実施形態の光ディスクを示す模式的断面図である。図１に示すように、この発明の光ディスク１は、スタンパにより信号記録面１２が形成されたポリカーボネイトにより構成されるディスク基板１０の読み取り面の表面に凹凸の超微細な連続パターンからなる反射防止層１１が形成されている。この凹凸の超微細な連続パターンからなる反射防止層１１は、後述するように、スタンパを用いてディスク基板１０を成型する際に、信号記録面１２とは反対の側に同時に成型される。
【００１４】
信号記録面１２上には、アルミニウムの蒸着などにより、反射層１３が設けられ、この反射層１３上に透明なプラスチックからなる保護層１４およびレーベル層１５が設けられている。
【００１５】
前記反射防止層１１は、ディスク基板１０の読み取り表面に微細な突起物を一様に形成したものであり、突起物の形状は錐形状（先端に丸みまたは平坦部があるものを含む）或いは鋸形状（先端に丸みまたは平坦部があるものを含む）若しくは円柱状である。
【００１６】
図２は、この発明のディスク基板１０に設けられる反射防止層１１の一例を示す概略斜視図、図３は、反射防止層１１のパターン断面形状を示す模式図である。
【００１７】
図２に示すように、ディスク基板１０の表面に微細な錐形状の突起１１ａが連続して形成された連続パターンからなる凹凸面が形成され、反射防止層１１を構成している。この突起１１ａのパターン形状は四角錐形状であるが、反射防止層１１として用いられる突起１１ａは、六角錐形状、円錐形状、円柱形状、円錐台形形状でも良い。
【００１８】
図３に示すパターンピッチｐに対するパターン高さＤの比Ｄ／ｐをアスペクト比と定義する。
【００１９】
一般に、光学素子表面に周期的な凹凸形状を形成した場合、ここを光が透過するときには回折が発生し、透過光の直進成分が大幅に減少する。しかし、凹凸形状のピッチが透過する光の波長よりも短い場合には、回折が発生せず、ピッチや深さ等により、光に対して有効な反射防止効果が得られる。例えば、凹凸形状を図４に示すように、断面形状が矩形の円柱１１ｂにしたパターンを一様に形成した層１１を構成するとき、そのピッチや深さ等に対応する単一波長の光に対して反射防止効果が得られる。
【００２０】
さらに、凹凸形状を矩形とするのではなく、例えば、図２、図３に示すように、山と谷、即ちディスク基板側と空気層側の体積比が連続的に変化するようないわゆる錐形状にすることにより、広い波長域を有する光に対しても反射防止効果が得られる。
【００２１】
そして、図３に示すパターンピッチｐを読み取りレーザーの波長より小さくすれば、反射防止効果が得られる。現状の光ディスクにおいて、使用するレーザー光は、ＣＤの場合７８０ｎｍ、ＤＶＤの場合、６５０ｎｍ、６３５ｎｍである。従って、これらの波長より小さくなるように、パターンピッチｐを設定すればよい。
【００２２】
ところで、信号が記録された光ディスクの信号を読み取る場合、或いは書き込むができる光ディスクに信号を記録する場合、空気層とディスク基板１０材料の屈折率の違いからその界面において読み取り或いは書き込みレーザーが反射する。通常、物質表面での光の反射は、物質と外の媒体（空気層）の界面での急激な変化により生じ、反射率（Ｒ）は次式で表され、屈折率の差が大きいほど反射率も高くなる。
【００２３】
Ｒ＝（Ｒｐ＋Ｒｓ）／２
ただし、Ｒｐ＝ｔａｎ^２（θ１−θ２）／ｔａｎ^２（θ１＋θ２）
Ｒｓ＝ｓｉｎ^２（θ１−θ２）／ｓｉｎ^２（θ１＋θ２）
【００２４】
ここで、Ｒｐは、ある入射角で入射面に垂直な偏向に対する反射率、Ｒｓは、ある入射角で入射面に平行な偏向に対する反射率、θ１は、入射角、θ２は、屈折角である。
【００２５】
光ディスクで一般的に用いられるポリカーボネイト系樹脂の屈折率は１．５９であり、約４％の表面反射が生じる。物質間の屈折率を緩やかに変化させることができれば、この表面反射を低減させることができる。
【００２６】
図２、図３のような錐型のような三角断面形状で屈折率を緩やかに変化させることができる。また、光ディスクの記録、読み取りレーザーのように、単一波長の場合は、図４のような断面矩形の円柱形状で屈折率を低減することができる。
【００２７】
図５は、微細パターンの反射防止層１１により空気層（屈折率ｎａｉｒ＝１）から樹脂からなるディスク基板１０（屈折率ｎｓｕｂ＝１．５９）へと屈折率が連続的に変化している様子を示す。また、図６は、微細パターンの反射防止層１１により空気層（屈折率ｎａｉｒ＝１）から屈折率の段階的な変化を示す図である。ディスク基板１０、反射防止層１１、空気層の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３（ｎ１＞ｎ２＞ｎ３）とした場合に次式で表面反射が最小となる。
【００２８】
ｎ２・ｄ＝（２ｍ＋１）・λ／４
【００２９】
ここで、λは光の真空中での波長、ｄは中間層の厚み、ｍは整数である。
【００３０】
さらに、次式を満たせば、表面反射率は理論上０になる。
【００３１】
ｎ２＝（ｎ１・ｎ３）^１／２
【００３２】
物質をポリカーボネイト系の樹脂（屈折率ｎ＝１．５９）とすると、中間層の屈折率を１．２６とすれば反射率を理論上０にすることができる。
【００３３】
上記のことを踏まえると、反射防止層１１の凹凸面の微細パターンは、微細な突起物を一様に形成し、突起物の形状は、円柱状、錐形状、円錐形状、台形形状などで構成され、突起物のピッチｐを読み取りレーザーの波長より小さくすると良いことが分かる。
【００３４】
そして、突起物の高さがｄ＝（２ｍ＋１）・λ／（４・（ｎ）^１／２）を満足すればよい。
【００３５】
図７は、図２に示す四角錐パターンにおいて、アスペクト比を変化させたときの分光特性のシミュレーション結果を示すものである。このシミュレーションにおいては、アスペクト比を０．６、０．８、０．９１、１．５、１．７、２、３とした８種類のアスペクト比のものを用いた。これらのシミュレーションにおいては、パターンピッチｐはそれぞれ３００ｎｍとしている。
【００３６】
図７に示す分光特性においては、アスペクト比が１を境に、アスペクト比が小さくなると長波長側での反射率の上昇が見られる。アスペクト比が１の場合、分光特性においてピークとボトムが見られる。４７０ｎｍあたりにピークがあり、６２０ｎｍあたりにボトムが見られる。バランスがよい分光特性を示す。
【００３７】
更にアスペクト比が大きくなると、ピークとボトムとが分りづらくなり、反射率も低くなり、反射による干渉色が無色に近づく。
【００３８】
これに対して、アスペクト比が１より小さくなると長波長側の反射率が上昇し、反射による赤の干渉色が強くなってくる。アスペクト比が１より小さくなると分光特性もバランスが悪くなっていることがわかる。
【００３９】
図８は、四角錐パターンの断面形状を示す概略図である。（ａ）が理想的な形状であって、金型を用いてパターンを転写させると、（ｂ）に示すように、実際には山と谷が鈍った形状となる。今、図８（ｂ）の理想的な形状Ａに対する実際の形状Ｂの割合を転写率と定義する。
【００４０】
図９は四角錐パターンにおいて、転写率を変化させたときの分光特性のシミュレーション結果を示すものである。図９は、アスペクト比１（ａ１）の場合で、それぞれの転写率を５０％（ｔ５０）、６０％（ｔ６０）、７０％（ｔ７０）、７５％（ｔ７５）、１００％（ｔ１００）の状態の時のシミュレーション結果である。尚、転写率１００％とは、理想的な形状のものでのシミュレーションである。
【００４１】
これら図９に示す分光特性においては、転写率が悪くなるにつれて、反射率が高くなるとともに、ピークとボトムが見られる。転写率が７０％未満では、ピークとボトムが現れ、特にアスペクト比が高くなるとその傾向が強くなる。このことから転写率は、７０％以上にすると良く、より好ましくは７５％以上にすると良い。このように転写率を設定することで、バランスがよい分光特性を示す。
【００４２】
パターンピッチｐに関しては、レーザー光の波長よりも小さいピッチがよい。この実施形態においては３００ｎｍとしている。
【００４３】
図９に示すように、アスペクト比が１の場合においても、転写率が７０％以上で、極めて良好な反射防止効果が得られる。反射防止パターンを形成した金型を用いて、転写率を７０％以上でディスク基板１０の読み取りまたは書き込み面側に反射防止層１１を形成することで、０．４％程度の反射率が得られる。
【００４４】
上記したように、光ディスク１のディスク基板１０のレーザー光の入射面に、微細な凹凸面からなる反射防止層１１を設けるとよいが、この反射防止層１１は、光ディスク１のディスク基板の樹脂成型時に、記録面の成形と同時に形成する方が量産性の点からも好ましい。
【００４５】
次に、この反射防止面を形成する方法につき説明する。まず、反射防止層を形成するための金型の製造例につき説明する。マスタリングと同様の手法により反射防止層用金型を形成する。
【００４６】
図１０に示すように、ガラス基板１０１上にフォトレジスト１０２を塗布する（同図（ａ）参照）。その後、レーザーを用いて、ピッチ間隔を読み取り／書き込みのレーザーの波長より、短いピッチ露光し、ピットを形成するように記録して行く（同図（ｂ）参照）。そして、現像を行うことで、反射防止層の凹凸面に円錐状の凹部１０２ａが所定のピッチで形成され、原盤が形成される（同図（ｃ）参照）。
【００４７】
続いて、図１１に示すように、原盤１０１上に導電膜１０３を設け（同図（ａ）参照）、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を用いてメッキを施し（同図（ｂ）参照）、反射防止面用スタンパ金型１１０が形成される（同図（ｃ）参照）。このようにして形成された凹凸面は、例えば、図１２に示すような円錐台形状の突起１１ｃが形成される。
【００４８】
図１３に示すように、この反射防止用スタンパ金型１１０を可動側の金型１２１に取り付け、固定側の金型１２０に信号記録用のスタンパ１１１を取り付ける。固定側成型金型１２０には、基材となるポリカーボネートなどの樹脂１２２を金型内に注入するノズル１２３が取り付けられている。
【００４９】
そして、両金型を突き合わせ、両金型１２０、１２１を閉じた状態で、ノズル１２２から樹脂１２２を注入し、ディスク基板を成型する。この成型により、ディスク基板の光入射側には、反射防止用スタンパ金型１１０の形状が転写され、反射防止層が形成される。また、ディスク基板のスタンパ１１１により形成された記録面にアルミニウム等を蒸着して反射面を形成し、その上に透明なプラスチックからなる保護層を設けて、図１に示すこの発明にかかる光ディスク１が形成される。
【００５０】
このようにして、ディスクの成型時に同時に反射防止膜が形成される。金型の転写率により、反射防止防止効果が異なるが、転写率が７０％程度であれば、反射率は０．４％程度になり、極めて良好な反射防止効果が得られる。また、転写率が６０％でもＡＲ転写フィルムの反射率以上の反射防止効果が得られ、部品点数を増加させることなく、良好な反射防止効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、部品点数を増やすことなく、反射率が低い光ディスクを提供でき、レーザー読み取りまたは書き込み時の光損失を減少させ、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制できる。
【００５２】
この発明の光ディスクの製造方法によれば、光ディスクのディスク基板の樹脂成型時に、記録面の成形と同時に反射防止層が形成でき、量産性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の光ディスクを示す模式的断面図である。
【図２】この発明のディスク基板に設けられる反射防止層の一例を示す概略斜視図である。
【図３】反射防止層のパターン断面形状を示す模式図である。
【図４】この発明のディスク基板に設けられる反射防止層の一例を示す概略斜視図である。
【図５】微細パターンの反射防止層により空気層からディスク基板へと屈折率が連続的に変化している様子を示す図である。
【図６】微細パターンの反射防止層により空気層からディスク基板へ屈折率の段階的な変化を示す図である。
【図７】図２に示す四角錐パターンにおいて、アスペクト比を変化させたときの分光特性のシミュレーション結果を示すものである。
【図８】四角錐パターンの断面形状を示す概略図り、（ａ）が理想的な形状、（ｂ）が金型を用いてパターンを転写させた状態を示す。
【図９】四角錐パターンにおいて、転写率を変化させたときの分光特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】反射防止層を形成するための金型の製造例を示す模式図である。
【図１１】反射防止層を形成するための金型の製造例を示す模式図である。
【図１２】反射防止層を形成するための金型に形成された突起の一例を示す斜視図である。
【図１３】この発明の光ディスクの製造方法を示す概略断面図である。
【図１４】転写用反射防止フィルムを用いた光ディスクの製造方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１　光ディスク
１０　ディスク基板
１１　反射防止層
１２　信号記録面
１３　反射層
１４　保護層
１５　レーベル層

Claims

光学読み取りまたは書き込みが可能な光ディスクにおいて、光学読み取りまたは書き込み面上に、信号読み取りまたは書き込み用のレーザーの波長より小さいピッチで微細な凹凸の連続パターンからなる反射防止層が設けられていることを特徴とする光ディスク。
光学信号記録パターンを形成したスタンパ金型を取り付ける面と反対側の面に、光学読み取り用のレーザーの波長より小さいピッチで微細な凹凸の連続パターンからなる反射防止パターンを形成したパターン金型を取り付け、ディスクを射出成型することで、光学信号記録パターンと反射防止層とを形成することを特徴とする光ディスクの製造方法。