JP2007080516A

JP2007080516A - 光記録媒体及びその製造方法

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Publication number: JP2007080516A
Application number: JP2006349885A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kojima; 隆小嶋
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】光記録媒体に関し、界面を形成する層の材質によらず、容易かつ確実に界面における光の反射を防止できるようにする。
【解決手段】少なくとも透明基板と透明基板に隣接する記録層とを備えた光記録媒体であって、透明基板と記録層との界面に、無反射条件を満たすように凹凸形状の反射防止構造が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多層構造からなる光記録媒体に関し、特に、界面等における光の反射を防止する反射防止処理が施された光記録媒体及びその製造方法に関する。

光記録媒体は、少なくとも記録層と透明基板とをそなえており、記録方式や記録層の材質に応じて、誘電体膜，接着剤層，反射層等の種々の層が設けられる多層構造になっている。このような多層構造の場合、各層の屈折率の相違から界面において光の反射がおきるが、界面における光の反射はＳ／Ｎ比の低下の原因となる。
そこで、光の反射を防止してＳ／Ｎ比を向上させる手段として、従来から界面に反射防止膜（反射防止層）を形成することが行なわれている。例えば、二次元記録層と透明基板とを直接積層したような構造の場合では、図１３（ａ）に示すように、透明基板９０の表面（空気との界面）に反射防止膜９２を形成したり、図１３（ｂ）に示すように、透明基板９０と二次元記録層９１との界面に反射防止膜９３を形成することが行なわれていた。また、これらの反射防止膜９２，９３は、透明基板９０の表面へＳｉＯ_xやＭｇＦ等を蒸着又はスパッタリングすることにより形成されていた。

ところで、上述した反射防止膜における反射率は、垂直入射の場合、光学的膜厚（構造的な膜厚×屈折率）が入射光の波長の四分の一（又はその奇数倍）であり、かつ、反射防止膜の屈折率ｎ₂が、界面を形成する上下の層の屈折率ｎ₁，ｎ₃に対し、ｎ₂ ²＝ｎ₁×ｎ₃（無反射条件）を満たしているときに０になる。つまり、反射防止膜における反射率は、各屈折率ｎ₂，ｎ₁，ｎ₃の関係により左右され、反射率を最低に抑えようとするならば、上記の無反射条件を満たす屈折率を有する材質で反射防止膜を形成する必要がある。図１３（ａ）に示す反射防止膜９２の場合、上層が空気であり下層が透明基板９０であるのに対して、図１３（ｂ）に示す反射防止膜９３の場合、上層が透明基板９０であり下層が二次元記録層９１であり、空気，透明基板９０，二次元記録層９１の屈折率が異なるならば、二つの反射防止膜９２，９３は異なる屈折率が要求される。

しかしながら、反射防止膜として光記憶媒体に使用可能な材質には限りがあり、上記の無反射条件を満たす屈折率の材質を見つけることは容易ではない。このため、従来の光記憶媒体では、界面で接する各層の屈折率の組み合わせによっては、無反射条件を満たす屈折率を有する適当な材質が存在せず、ある程度の反射は妥協せざるを得なかった。
ところで、近年、来るべきマルチメディア情報化時代への対応として、光記録媒体のさらなる大容量化，高密度化に向けた研究開発が行なわれている。例えば、図１４に示すように、透明基板１０３上に積層した記録層１０１を集束レーザビーム１０２の焦点深度以上に厚くし、焦点位置をずらすことにより記録層１０１内の深さ方向に三次元的な記録を行なう多層記録方式の光記録媒体（多層光メモリ）１００や、図１５に示すように、物体からの反射光や信号等の情報を表す信号ビーム１０６と、記録層１０８中で信号ビーム１０６と干渉を起こすための参照ビーム１０７とを照射し、参照ビーム１０７の入射角を少しずつ変えていくことにより、記録層１０８内の同一箇所に複数個のホログラムを多重記録するホログラム方式の光記録媒体（ホログラムメモリ）１０５のような、三次元光記録媒体が開発されている。

このような三次元光記録媒体は、記録層の厚みが数十〜数百μｍと従来の光記録媒体に比べて非常に厚く、記録層の厚み方向にも三次元的に記録を行なうため、界面での反射の防止は従来の二次元的な光記録媒体よりも厳しく要求される。例えば、上述のホログラムメモリ１０５の場合、信号ビーム１０６と参照ビーム１０７との干渉によりホログラムを記録するが、図１６に示すように、入射側の透明基板１０９の表面（空気との界面）や記録層１０８と入射側の透明基板１０９との界面で信号ビームが反射してしまうと、ホログラムを記録するためのエネルギが不足してしまう虞があり、また、記録層１０８と出射側の透明基板１１０との界面で反射した反射光１１１や出射側の透明基板１１０の表面（空気との界面）で反射した反射光１１２が記録個所に入射すると、誤情報が記録されてしまう虞がある。

本発明は上述の課題に鑑み創案されたもので、界面を形成する層の材質によらず、容易かつ確実に界面における光の反射を防止できるようにした、光記録媒体及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光記録媒体は、少なくとも透明基板と透明基板に隣接する記録層とを備えた光記録媒体であって、透明基板と記録層との界面に、無反射条件を満たすように凹凸形状の反射防止構造が形成されていることを特徴としている（請求項１）。
ここで、凹凸形状が、周期的に連続して配設された凹凸であることが好ましい（請求項２）。

また、無反射条件が、凹凸形状を形成する凹部と凸部との体積比率によって設定されていることが好ましい（請求項３）。
また、凹凸形状の１配列周期が、入射光の波長の四分の一以下に設定され、かつ、凹凸形状の有効な光学的高さが、入射光の波長の略四分の一の奇数倍に設定されることが好ましい（請求項４）。なお、本明細書において「入射光」とは、記録用及び／又は再生用のビーム光として光記録媒体に照射され、該光記録媒体に入射する光のことをさし、「入射光の波長」とは該入射光の反射防止構造に進入する直前の波長をさす。

また、記録層が、記録時に信号ビームと参照ビームとを照射することによって記録される層であることが好ましい（請求項５）。
また、透明基板の表面及び透明基板と記録層との界面に反射防止構造が形成されていることが好ましい（請求項６）。
また、反射防止構造が、透明基板に一体成形されていることが好ましい（請求項７）。

また、本発明の光記録媒体の製造方法は、合成樹脂を主な材質とする記録層を一対の透明基板で挟持する光記録媒体の製造方法であって、透明基板の少なくとも一方は射出成形によって凹凸形状が形成されたものであり、記録層は凹凸形状に接するように一対の透明基板で挟持され、かつ、凹凸形状を介して接する透明基板と記録層との界面が無反射条件を満たす反射防止構造を形成することを特徴としている（請求項８）。

以上詳述したように、本発明の光記録媒体及びその製造方法（請求項１〜８）によれば、界面に形成された反射防止構造により、界面を形成する各層の材質によらず、容易かつ確実に界面における光の反射を防止することができるという利点がある。
また、透明基板とともに射出成形することによって反射防止構造を容易に形成することができるという利点もある（請求項８）。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図７は本発明の一実施形態としての光記録媒体について示すものであり、ここでは、ホログラムメモリとして本光記録媒体を構成している。
図１に示すように、本ホログラムメモリ１は、記録層２を２枚の透明基板３，４で挟持することにより構成されている。記録層２は数十〜数百μｍの厚さを有しており、合成樹脂、例えばバインダー樹脂と光重合性のモノマー、或いは重合速度の異なる２種の光重合性モノマーを主な材質（９０重量％以上）として形成されている。透明基板３，４は透明樹脂、例えばポリカーボネイト樹脂，アクリル樹脂，メタクリル樹脂，ポリスチレン樹脂，塩化ビニル樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂，アモルファスポリオレフィン等の射出成型によりディスク状に形成されている。なお、ここで言う透明とは、少なくとも記録用及び／又は再生用のビーム光として、光記録媒体に照射される光線に対して透明であることを意味している。

そして、透明基板３，４と記録層２との各界面及び各表面（空気との界面）には、反射防止処理として、それぞれ反射防止構造５，６，７，８が一体成形により形成されている。図２及び図３は反射防止構造の構成の一例を示す図であり、図４はその作用を説明するための図である。以下、図２〜図４を用いて反射防止構造の構成及び作用について説明する。なお、ここでは反射防止構造６が透明基板４における記録層２との界面に形成された場合を例にとって説明する。

図２及び図３に示すように、反射防止構造６は、透明基板４の中心と同心の円環状の溝部１１と山部１０とが所定の周期で交互に配列される格子構造を有しており、半径方向への凹凸の配列周期Λは入射光の波長λの四分の一以下、好ましくは五分の一以下、更に好ましくは十分の一以下であり、凹凸の有効な光学的高さＮ₂×ｄは入射光の波長λの四分の一（又はその奇数倍）に設定されている。ここでｄは凹凸の幾何学的な高さ（または深さ）を表し、Ｎ₂は後述する反射防止構造６が形成する見かけ上の反射防止層１２（以下、単に「反射防止層１２」と称することがある）の有効な屈折率を表す。そして入射光の波長λとは見かけ上の反射防止層１２へ入射する直前の入射光の波長を表し、

を無反射条件という。
図３において山部１０は透明基板４に一体に形成されており、溝部１１には記録層２を形成する樹脂が入り込んでいることから、微小部分で見れば、反射防止構造６の屈折率は、山部１０では透明基板４の屈折率Ｎ₁となり、溝部１１では記録層２の屈折率Ｎ₃となる。

ところが、凹凸の１配列周期Λが入射光の波長λの四分の一以下であれば、入射光から見たとき、山部１０，溝部１１における屈折率Ｎ₁，Ｎ₃の差は平均化され、図４に示すように、一様な屈折率Ｎ₂の層１２として映ることになる。つまり、透明基板４の記録層２との界面に屈折率Ｎ₂の層１２が設けられたことに等しくなる。
ここでＮ₁，Ｎ₂及びＮ₃は、各層を形成する材料固有の屈折率に加え、入射光の入射角、屈折角および出射角の影響をも考慮した「有効な屈折率」（以下「有効屈折率」と称す）を表す。これらは、例えば反射防止構造６が図５に示す単一の周期構造の場合、図６に示すように透明基板４を形成する材料固有の屈折率をｎ₁、記録層２を形成する材料固有の屈折率をｎ₃、透明基板４から反射防止層１２への法線方向から測った入射角をφ₁、反射防止層１２での屈折角をφ₂、反射防止層１２から記録層２への出射角をφ₃とし、記録層２の充填率をＦとしたとき、下記（１）又は（２）で表される一連の式で表される〔E.N.Glytsis and T.K.Gaylord,Applied Optics,31(22),4459(1992)〕。
（１）ＴＥモードの場合
Ｋを反射防止層１２に平行で反射防止構造６の溝に垂直な格子ベクトル、Ｅを入射光の電場ベクトルとする。ＥがＫに垂直な場合、即ちＴＥモードの場合は、反射防止構造６が形成する見かけ上の反射防止層１２の有効屈折率Ｎ₂は、

と表される。また、透明基板４及び記録層２の有効屈折率Ｎ₁，Ｎ₃はそれぞれ、

と表される。
（２）ＴＭモードの場合
Ｈを入射光の磁場ベクトルとし、Ｈが格子ベクトルＫに垂直な場合、即ちＴＭモードの場合は、反射防止構造６が形成する見かけ上の反射防止層１２の有効屈折率Ｎ₂は、

と表される。
また、透明基板４及び記録層２の有効屈折率Ｎ₁，Ｎ₃はそれぞれ、

と表される。
また、反射防止層１２へ入射する入射光の波長をλとすると、下記（３）又は（４）が成り立つ時、無反射条件（Ｉ）が満たされる。
（３）ＴＥモードの場合
充填率Ｆ及び反射防止構造６の幾何学的な高さｄが、

と表される。
（４）ＴＭモードの場合
充填率Ｆ及び反射防止構造６の幾何学的な高さｄが、

ここで、

と表される。
実際に本発明の光記録媒体を設計する場合には、この条件を満たすような充填率Ｆ及び幾何学的高さ（又は深さ）ｄを満たす凹凸を形成すればよい。なお、反射防止構造６が図５に示した単一の周期構造以外の場合でも、E.N.Glytsis and T.K.Gaylord,Applied Optics,31(22),4459(1992)に記載された計算方法に準じて算出された、適切な充填率Ｆと幾何学的な高さｄを用いて反射防止構造６を形成することにより、同様の効果が得られる。

反射防止構造６では、上記のような光学的性質を利用し、透明基板４の屈折率Ｎ₁と記録層２の屈折率Ｎ₃とに応じて、反射防止層の有効屈折率Ｎ₂が無反射条件を満たすように山部１０と溝部１１との体積比率を設定している。また、他の反射防止構造５，７，８も同様であり、透明基板４の記録層２との界面に形成された反射防止構造５では、反射防止構造６と同様に、透明基板３の屈折率Ｎ₁と記録層２の屈折率Ｎ₃とに応じて凹凸を形成し、透明基板３，４の表面に形成された反射防止構造７，８では、透明基板３，４の屈折率Ｎ₁と空気の屈折率Ｎ₀とに応じて凹凸を形成している。

本発明の一実施形態としての光記録媒体１は上述のように構成されているので、ホログラムの記録時において、次のような作用がある。以下、図７を参照しながら、本光記録媒体１の作用及び効果について説明する。
図７に示すように、ホログラムの記録時においては、記録層２内に物体からの反射光や信号等の情報を表す信号ビーム１６と参照ビーム１７とが照射される。そして、信号ビーム１６と参照ビーム１７との交差点において干渉が起こり、この信号ビーム１６と参照ビーム１７との干渉による光強度分布に応じて記録層２の屈折率が変化し、ホログラムが記録される。また、参照ビーム１７が平面波の場合には、照射角度を少しずつ換えていくことにより（角度多重記録方式）、また、参照ビーム１７が球面波の場合には、被記録部分を少しずつずらしていくことにより（シフト多重記録方式）、同一箇所に複数個のホログラムが多重記録される。

このとき、信号ビーム１６，参照ビーム１７は、まず、透明基板３に入射し、透明基板３内を透過した後、記録層２に入射するので、信号ビーム１６，参照ビーム１７は、透明基板３の表面（空気との界面）にぶつかり、さらに、透明基板３と記録層２との界面にぶつかることになる。しかしながら、本光記録媒体１では、各界面に無反射条件を満たした有効屈折率を有する反射防止構造７，５が形成されているので、界面における信号ビーム１６，参照ビーム１７の反射が防止され、記録のためのエネルギ不足を防止することができる。また、ノイズ光１８が記録層２内に入ってきた場合でも、出射側の透明基板４の各界面には無反射条件を満たした平均屈折率を有する反射防止構造６，８が形成されているので、ノイズ光１８は界面で反射されることなく透明基板４から出射され、ノイズ光１８による誤情報の記録を防止することができる。

このように、本光記録媒体１によれば、反射防止構造５，６，７，８により界面における光の反射を防止してＳ／Ｎ比を大きく向上させることができ、記録層の厚み方向の三次元的な記録も確実に行なうことができるという利点がある。
また、反射防止構造５，６，７，８は、界面を形成する各層の屈折率に応じて溝部と山部との体積比率を設定するだけで、界面における反射率を最小にすることができるので、界面を形成する各層の材質によらず、容易かつ確実に界面における光の反射を防止することができるという利点がある。

さらに、反射防止構造５，６，７，８は、透明基板３，４とともに射出成形によって容易に形成することができるという利点もある。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、反射防止構造の格子構造としては、上述の実施形態のように山部と溝部とを円環状に配列するものに限定されず、入射光の偏光方向によっては、図８に示すように、透明基板２０の中心から放射状に山部２１と溝部２２とを配列したような構造の反射防止構造２３であってもよく、図９に示すように図２に示した反射防止構造６と図８に示した反射防止構造２３とをあわせたような構造の反射防止構造２４であってもよい。ただし、この場合でも、任意の場所における山部２１と溝部２２との凹凸周期が入射光の波長の四分の一以下になっていることを要する。また、図１０に示す反射防止構造２８のように、直交方向にそれぞれ入射光の波長の四分の一以下の周期で溝２７を配置することにより溝２７に囲まれた部分に方形の突起２６を形成して、透明基板２５上に凹凸を形成するようにしてもよい。

さらに、上記各構成例のように規則正しい構造の反射防止構造ではなく、透明基板上にランダムに突起を形成するようにしてもよい。すなわち、界面における反射を防止するには格子構造が規則正しい配列になっている必要はなく、任意の箇所における凹凸の配列間隔（凹部の配列間隔又は凸部の配列間隔）が入射光の波長の四分の一以下であり、凹凸の高さ（凸部の高さ又は凹部の深さ）が入射光の波長の略四分の一の奇数倍であり、凹部と凸部とが、界面における有効屈折率が界面で接する両側の層の屈折率に対して無反射条件を満たすように、反射防止を求める平面における凸部又は凹部の存在密度が設定されていればよいのである。もちろん、透明基板上に反射防止構造が規則正しく配列されている部分と、ランダムに設けられている部分が混在していてもよい。

したがって、格子構造の形状も、上記各構成例に示したような矩形に限定されず、有効屈折率が無反射条件を満たす限りは、三角波形，階段形，サインカーブ形等、種々の形状に成形することができ、例えば、図１１に示す反射防止構造３２のように、透明基板３０上に四角錐形の突起３１が連続して配列されたような構造にすることも可能である。もちろん、有効屈折率が無反射条件を満たす限り、既に図面で例示したように、個々の反射防止構造が同じ又は類似の形状である場合のみならず、複数の形状が混在するか、或いは個々に全く異なる形状のものであってもよい。

また、上述の実施形態では、本発明の光記録媒体をホログラムメモリとして構成した場合について説明したが、多層メモリ等の他の三次元光記憶媒体に適用することも可能であり、さらに、従来の二次元の光記憶媒体に適用することも勿論可能である。
また、反射防止構造の形成方法としては、上述のように、射出成形による透明基板との一体成形に限定されず、フォトレジストやエッチング等により透明基板上に形成してもよく、また、フォトポリマーを用いて形成してもよい。ただし、この場合には、図１２に示すように、反射防止構造３８を形成する突起物３５は透明基板３６と別体であるため、突起物３５の屈折率Ｎ_dと突起物３５の周囲媒体３７の屈折率Ｎ_aとで決まる層内の有効屈折率Ｎ_bが、周囲媒体３７の屈折率Ｎ_aと透明基板３６の屈折率Ｎ_cに対して無反射条件を満たすような体積比率になっていることが必要になる。

また、上述の実施形態では、記録層を一対の透明基板により直接挟持していたが、透明基板と記録層との間に透湿防止層や接着材層等の他の層を設けてもよい。そして、反射防止構造を形成する界面としては、透明基板が接する界面に限定されるものではなく、反射を防止すべき任意の界面に形成することができる。
さらに、上述の実施形態では、光記録媒体における全ての界面及び表面に、本発明にかかる反射防止構造を設けた例を示したが、必ずしも全ての界面及び表面に設ける必要はなく、媒体の構造や記録方式に応じて必要とされる部分に設ければよい。

さらに、本光記録媒体の形状は、上述したディスク形に限定されるものではなく、例えばメモリカードのようなカード形の光記録媒体等、種々の形状の光記録媒体に適用することができる。

本発明の一実施形態としての光記録媒体の構成を示す断面図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の構成例を示す斜視図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の構成例を示す部分断面図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の作用を説明するための図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の無反射条件の成立条件を説明するための図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の無反射条件の成立条件を説明するための図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体の作用効果を説明するための模式図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の他の構成例を示す斜視図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の他の構成例を示す斜視図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の他の構成例を示す部分斜視図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の他の構成例を示す部分斜視図である。本発明の一実施形態としての光記録媒体にかかる反射防止構造の他の構成例を示す部分断面図である。従来の光記録媒体の構成を示す部分断面図であり、（ａ）は透明基板の表面（空気との界面）に反射防止膜を形成した場合を示し、（ｂ）は透明基板と記録層との界面に反射防止膜を形成した場合について示している。三次元光記録媒体の一つである多重光メモリの構成を示す模式図である。三次元光記録媒体の一つであるホログラムメモリの構成を示す模式図である。従来のホログラムメモリにおける課題を説明するための断面図である。

符号の説明

１光記録媒体
２記録層
３，４透明基板
５〜８反射防止構造
１０山部（凸部）
１１溝部（凹部）
１２反射防止層

Claims

少なくとも透明基板と該透明基板に隣接する記録層とを備えた光記録媒体であって、該透明基板と該記録層との界面に、無反射条件を満たすように凹凸形状の反射防止構造が形成されていることを特徴とする光記録媒体。
該凹凸形状が、周期的に連続して配設された凹凸であることを特徴とする、請求項１に記載の光記録媒体。
該無反射条件が、該凹凸形状を形成する凹部と凸部との体積比率によって設定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光記録媒体。
該凹凸形状の１配列周期が、入射光の波長の四分の一以下に設定され、かつ、該凹凸形状の有効な光学的高さが、入射光の波長の略四分の一の奇数倍に設定されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の光記録媒体。
該記録層が、記録時に信号ビームと参照ビームとを照射することによって記録される層であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の光記録媒体。
該透明基板の表面及び該透明基板と該記録層との界面に反射防止構造が形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光記録媒体。
該反射防止構造が、該透明基板に一体成形されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の光記録媒体。
合成樹脂を主な材質とする記録層を一対の透明基板で挟持する光記録媒体の製造方法であって、該透明基板の少なくとも一方は射出成形によって凹凸形状が形成されたものであり、該記録層は該凹凸形状に接するように該一対の透明基板で挟持され、かつ、該凹凸形状を介して接する該透明基板と該記録層との界面が無反射条件を満たす反射防止構造を形成することを特徴とする、光記録媒体の製造方法。