JP3529969B2 - 多値相変化光記録媒体 - Google Patents

多値相変化光記録媒体

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多値記録が可能な相
変化光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ビームの照射により情報の再生または
記録・再生が可能な光ディスクメモリは、大容量性、高
速アクセス性、媒体可搬性を兼ね備えた記憶装置として
音声、画像、計算機データなど各種ファイルに実用化さ
れており、今後もその発展が期待されている。光ディス
クの高密度化には、原盤カッティング用ガスレーザの短
波長化、動作光源である半導体レーザの短波長化、対物
レンズの高開口数化、光ディスク基板の薄板化など種々
の手法が考えられている。記録可能な光ディスクにおい
ては、上記の手法に加えて、マーク長記録、ランドグル
ーブ記録などの手法が考えられている。
【０００３】以上の手法のほかに、高密度化の効果が大
きい技術として多層媒体を用いて多値の情報を記録再生
する方法が提案されている。最も単純な多層媒体では、
複数の記録層が異なる焦点位置に配置されるように調整
し、各層で独立に記録再生または再生を行う。この方法
は記録再生の安定性はあるが、１度にアクセスできる記
録層は１つであり、複数の記録層への同時アクセスによ
る記録再生の高速化は期待できない。
【０００４】また、光磁気記録媒体においては、複数の
記録層がレーザ光の焦点深度の範囲内に配置されるよう
に調整し、レーザパワーまたは記録磁界強度を変えて記
録層毎に独立に記録し、再生信号をアナログ処理して多
値記録再生する試みがなされている。しかし、光磁気記
録媒体では微小なカー回転角を再生信号として用いるた
め、２値デジタル処理によって所定のＣＮＲを得るのが
限界であるとされている。このため、アナログ的な多値
処理の実現性は疑問視される。
【０００５】一方、相変化光記録媒体、特に書換え形媒
体では高い再生信号強度が得られるので、多値処理の実
現性は十分にあると考えられる。しかし、単一の記録層
を有する相変化光記録媒体はすでに実用化されているも
のの、多値情報を一括で高速に記録再生できる多層の相
変化光記録媒体に関する提案は皆無であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多値
情報を一括で高速に記録再生できる多層の相変化光記録
媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る多値相変化
光記録媒体は、レーザビームの焦点深度内に、中間層に
よって互いに分離された第１および第２の相変化光記録
層を有し、記録時の記録層の到達温度をＴ、記録層の融
点をＴ m 、記録層の結晶化温度をＴ x 、記録光照射後の冷
却時に記録層がＴ m からＴ x まで冷却するのに要する時間
をτ w 、記録層の結晶化時間をτ x としたとき、第１の記
録層ｉおよび第２の記録層ｊが、パワーレベルＯ、Ａ、
Ｂ、Ｃ（ここで、パワーレベルの関係はＯ＜Ａ＜Ｂ＜
Ｃ）の４種のレーザビームに対して、 Ｏのとき、Ｔ i ＜Ｔ mi 、およびＴ j ＜Ｔ mj Ａのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＜τ xi 、およびＴ j ＜Ｔ mj Ｂのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＜τ xi 、およびＴ j ＞Ｔ mj
かつτ wj ＜τ xj Ｃのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＞τ xi 、およびＴ j ＞Ｔ mj
かつτ wj ＜τ xj を満足することを特徴とする。 本発明に係る多値相変化
光記録媒体への記録方法は、上記の多値相変化光記録媒
体を用い、パワーレベルＡのレーザビームで第１の記録
層のみに記録し、パワーレベルＢのレーザビームで第１
および第２の記録層に記録し、パワーレベルＣのレーザ
ビームで第２の記録層のみに記録することを特徴とす
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。図１は本発明に係る多層多値相変化光記録媒体の断
面図である。図１に示されるように、基板１上には下部
保護層２が形成されている。この下部保護層２には、第
１層から第Ｎ層（Ｎ≧２）までの記録層Ｒ1 ，Ｒ2 ，
…，ＲN-1 ，ＲN と、これらの記録層の間に挟まれる中
間層Ｓ1 ，…，ＳN-1 とが交互に形成されている。最上
層の記録層ＲN 上には、上部保護層３および反射層４が
形成されている。この相変化光記録媒体への記録に際し
ては、パワーレベルの異なる複数の記録レーザービーム
が用いられる。そして、複数層の相変化光記録層は、各
記録レーザビームの焦点深度の範囲内に配置されるよう
に調整されている。
【０００９】図２は、本発明の相変化光記録媒体を構成
する第１記録層ｉ、および第２記録層ｊの記録レーザ照
射時の熱応答特性を示す図であり、（ａ）が第１記録層
ｉ、（ｂ）が第２記録層ｊの熱応答特性である。また、
これらの図において、Ａ，Ｂはパワーが異なる２つの記
録レーザビームを用いたときの熱応答特性をそれぞれ示
すものである。なお、記録レーザビームのパワーに関し
ては、Ａ＜Ｂである。相変化光記録で重要な因子となる
のは、記録層の最高到達温度と冷却時間応答である。こ
こで、記録時の記録層の到達温度をＴ、記録層の融点を
Ｔm、記録層の結晶化温度をＴx、記録光照射後の冷却時
に記録層がＴmからＴxまで冷却するのに要する時間をτ
w、記録層の結晶化時間をτxとし、添字としてｉおよび
ｊを付けて各記録層における値を表わす。
【００１０】まず、記録レーザビームＡを照射する場合
について説明する。第１記録層は、その融点Ｔmi以上の
温度まで昇温し、冷却時に融点Ｔmiと結晶化温度Ｔxiと
の間をτwiAの時間で通過する。第１記録層の結晶化時
間τxiがτwiAよりも長い場合には非晶質の記録マーク
が形成され、逆の場合には記録マークは形成されない。
ここでは、第１記録層に記録マークが形成される、すな
わちτ wi ＜τ xi とする。一方、第２記録層は融点Ｔmjが
高く設定されているかまたは中間層の効果により温度上
昇が抑制されており、第２記録層の最高到達温度はその
融点Ｔmjよりも低い。この場合、冷却速度に関わらず第
２記録層には記録マークは形成されない。すなわち、記
録レーザビームＡに対しては、Ｔi＞Ｔmiおよびτwi＜
τxiを同時に満足し、かつＴj＜Ｔmjを満足している。
したがって、記録レーザビームＡを照射することによ
り、第１記録層のみに選択的に記録マークを形成するこ
とができる。
【００１１】次に、記録レーザビームＢを照射する場合
について説明する。ＢはＡよりも高パワーを有するの
で、第１記録層は当然その融点Ｔmi以上の温度まで昇温
する。この場合、第１記録層の冷却時間はτwiBであ
り、上記のτwiAよりも長い。τxi（＞τwiA）がτwiB
よりも長い場合には第１記録層に記録マークが形成さ
れ、逆の場合は記録マークが形成されない。条件に応じ
てこれらの２つの場合のいずれかを選択することができ
るが、パワーレベルＢでも第１記録層に記録マークが形
成される、すなわちτ wi ＜τ xi とする。一方、パワーレ
ベルＢでは第２記録層はその融点Ｔmj以上の温度まで昇
温し、冷却時間はτwjBである。第２記録層の結晶化時
間τxjがτwjBよりも長い場合には記録マークが形成さ
れ、逆の場合には記録マークは形成されない。この場
合、第２記録層にも記録マークが形成される、すなわち
τ wj ＜τ xj とする。
【００１２】図２には煩雑を避けるために示さないが、
Ｂよりもさらにパワーレベルの高い記録レーザービーム
Ｃを照射する場合を考える。この場合、第１記録層およ
び第２記録層ともに融点以上の温度まで昇温する。そし
て、第１記録層の冷却時間τwiCがτxi（＞τwiB）より
も長いと、第１記録層には記録マークは形成されない。
一方、第２記録層の冷却時間τwjCがτxj（＞τwjB）よ
りも短いと、第２記録層には記録マークが形成される。
【００１３】以上の記録パワーレベルと記録マーク形成
の有無を、マークありを“１”、マークなしを“０”と
してまとめて示すと表１のようになる。なお、パワーレ
ベル“Ｏ”は、第１記録層への記録しきい値パワー未満
のパワーレベルを意昧する。このパワーレベル“Ｏ”で
は、第１記録層および第２記録層ともに融点未満までし
か昇温せず、Ｔ i ＜Ｔ mi 、Ｔ j ＜Ｔ mj となる。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１からわかるように、本発明の相変化光
記録媒体では、熱応答特性の異なる２つの記録層に対
し、異なるパワーレベルの記録レーザービームを照射す
ることにより、４つの異なる記録状態を形成することが
できる。従来の相変化光記録媒体では“０”または
“１”の２つの状態を選択できるだけなので、本発明に
よれば記録密度を２倍に向上できることになる。なお、
表１の記録レーザービームＣとして適切なパワーレベル
を選択できない場合でも、記録密度を１．５倍に向上で
きる。しかも、２つの記録層へ同時にアクセスするの
で、高速に記録できる。
【００１６】
【００１７】本発明の相変化光記録媒体の再生は、記録
パターンが形成されたトラックに再生レベルのレーザ光
を連続的に照射することにより行なわれる。このとき、
記録状態に応じて複数の出力レベルが得られる。相変化
光記録媒体では高い再生信号強度が得られ、各々の出力
レベル差も大きいので、容易に多値処理が可能である。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図３は本実施例の多層多値相変化光記録媒体の断
面図である。図３に示されるように、基板１上には下部
保護層２が形成されている。この下部保護層２には、第
１記録層Ｒ1 、中間層Ｓ1 、第２記録層Ｒ2 、上部保護
層３および反射層４が順次形成されている。
【００１９】また、図４に本実施例で記録再生に用いた
光ディスクドライブの構成を示す。図３の構成を有する
光ディスク１１はスピンドルモータ１２の回転軸に取り
付けられる。記録時には、光源制御系２１によりレーザ
ー２２を駆動し、比較的高出力で短パルスのレーザービ
ームを対物レンズ２３、ハーフミラー２４および焦点レ
ンズ２５を通して光ディスク１１に照射して記録マーク
を形成する。再生時には、低出力のレーザービームを上
記と同様にして光ディスク１１に照射し、光ディスク１
１からの反射光を焦点レンズ２５およびハーフミラー２
４を通して再生処理系２６で処理し、記録マーク−未記
録部間の反射率変化を検出することにより記録情報を読
み出す。
【００２０】この光ディスクドライブの基本構成は従来
のものと類似しているが、記録に際しては多値パワー変
調によりパワーレベルの異なる複数の記録レーザービー
ムが用いられる。また、第１および第２記録層は、各記
録レーザビームの焦点深度の範囲内に配置されるように
調整されている。
【００２１】この光ディスクドライブの駆動条件は、デ
ィスク線速度：１０ｍ／ｓ、記録パルス幅：１０ＭＨ
ｚ、記録パルス幅：５０ｎｓ、レーザ波長：６５０ｎ
ｍ、対物レンズの開口数：０．６である。対物レンズの
開口数が０．６の場合、レーザスポットのＦＷＨＭは約
０．５μｍとなる。５０ｎｓという記録パルス幅は、レ
ーザスポットのＦＷＨＭ通過時間とほぼ等しい。また、
表１のＯ，Ａ，Ｂ，Ｃに対応して、６ｍＷ，９ｍＷ，１
２ｍＷ，１５ｍＷの４つのパワーレベルの記録レーザー
ビームを用いるものとする。
【００２２】以下に示すように、第１および第２記録層
は多値記録に適した条件を満足するように熱特性が調整
されている。また、記録層の熱特性に合わせて、その他
の各層の熱伝導率および膜厚が設計されている。
【００２３】本実施例では、第１記録層として膜厚１５
ｎｍのＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 、第２記録層として膜厚１５
ｎｍのＧｅ2 Ｓｂ2 Ｔｅ5 ＋５ａｔ％−Ｓｂを用いてい
る。この場合、第１記録層の融点Ｔm1は６３０℃、結晶
化時間τx1は５０ｎｓ、第２記録層の融点Ｔm2は第１記
録層と同等の６３０℃、結晶化時間は７０ｎｓである。
また、下部保護層２として膜厚１５０ｎｍ程度のＺｎＳ
−ＳｉＯ2 膜、中間層Ｓ1 として熱絶縁効果の大きいＰ
ＴＦＥ膜、上部保護層３として熱散逸効果の大きい膜厚
２０ｎｍのＳｉ−Ｎ膜、反射層４として熱伝導率の高い
膜厚５０ｎｍのＡｌ膜を用いている。これらの各層は全
て通常のマグネトロンスパッタリングによって形成され
ている。
【００２４】次に、上記の駆動条件における記録層の熱
応答特性を計算によって求めた。６ｍＷ，９ｍＷ，１２
ｍＷ，１５ｍＷという４つのパワーレベルの記録レーザ
ービームに対して、第１記録層の最高到達温度は５００
℃，７００℃，９００℃，１１００℃、第２記録層の最
高到達温度は４５０℃、６００℃、７５０℃、９００℃
となる。
【００２５】また、各パワーレベルの記録レーザービー
ムを照射した後の冷却過程において記録層が融点未満、
結晶化温度以上に保持されている時間（以下、単に冷却
時間という）を計算で求めた。第１記録層の冷却時間は
各々のパワーレベルＡ，Ｂ，Ｃに対して３０ｎｓ，４５
ｎｓ，６０ｎｓとなる。第２記録層の冷却時間はパワー
レベルＡの場合には最高到達温度が融点未満なので考慮
する必要がなく、パワーレベルＢ，Ｃに対して３０ｎ
ｓ，５０ｎｓとなる。
【００２６】以上のように各層の材料および膜厚を選択
した場合、第１記録層に比べて第２記録層の方が最高到
達温度が低く、冷却時間が短くなっている。この理由
は、第１記録層側からレーザ光が入射されること、中間
層の熱伝導率が低いため第１と第２の記録層間で温度差
が維持されること、および第２記録層の熱は高熱伝導率
の上部保護層を介して高熱伝導率の反射層側へ急速に奪
われることに起因するものである。
【００２７】各記録層の最高到達温度および冷却時間の
関係から、パワーレベルＯに対しては第１および第２記
録層のいずれも記録不能、Ａに対しては第１記録層のみ
で記録可能、Ｂに対しては第１および第２記録層の両方
で記録可能、Ｃに対しては第２記録層のみで記録可能と
なる。
【００２８】図４の光ディスクドライブを用いた実際の
記録再生は以下のようにして行う。まず、スピンドルモ
ータを駆動して光ディスクを線速度１０ｍ／ｓで回転
し、所定のトラック上に再生レーザパワーレベル（例え
ば１ｍＷ）のレーザスポットをフォーカスさせた後、複
数のパワーレベルで記録を実施した。その後、記録パタ
ーンを形成したトラックに再生レベルのレーザ光を連続
的に照射して再生信号を検出した。
【００２９】図５（ａ）に記録信号系列の例を示す。こ
の図は、再生パワーレベルＲから、３つのパワーレベル
Ａ，Ｂ，Ｃの記録レーザビームを照射して記録したこと
を示している。記録周波数は１０ＭＨｚである。図５
（ａ）において、ｔ1 ，ｔ5 ，ｔ7 の時間がパワーレベ
ルＢ、ｔ2 ，ｔ4 がパワーレベルＣ、ｔ3 ，ｔ6 がパワ
ーレベルＡに設定されている。この例では、ｔ1 ，ｔ
2 ，…，ｔ7 の順に、第１記録層には１０１０１１１の
記録パターンが、第２記録層には１１０１１０１の記録
パターンが同時に形成できる。
【００３０】図５（ｂ）に再生信号を示す。再生信号
は、第１および第２記録層ともに記録マークが形成され
ている位置で最も高く、第２記録層にのみ記録マークが
形成されている位置で（未記録レベルを除いて）最も低
く、第１記録層のみに記録マークが形成されている位置
で中間レベルとなっている。これは、第１記録層からの
反射光は直接検出系へ入射するが、第２記録層からの反
射光は第１記録層を通過した後、検出系へ入射するため
である。
【００３１】図５（ｂ）の再生信号は、各出力レベルを
含む所定のウィンドウを設定すれば、出力レベルに多少
の変動が生じた場合でもデジタル化が可能となる。例え
ばＡ，Ｂ，Ｃに対して１０，１１，０１というようにデ
シタル化すればよい。したがって、未記録状態の００も
合わせて、従来の倍密度で記録再生動作を実現できる。
【００３２】上記実施例では記録層としてＧｅＳｂＴｅ
系の膜を用いた場合について説明したが、記録層の材料
は特に限定されず、例えばＩｎＳｂＴｅ系、ＧｅＳｅＴ
ｅ系など相変化光記録材料として提案されているものは
全て使用することができる。また、上記実施例では各層
の熱応答特性を制御した場合について説明したが、各記
録層の材料として最適な融点および結晶化時間を有する
組み合わせを採用してもよいことはもちろんである。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、多
値情報を一括で高速に記録再生できる多層の相変化光記
録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層多値相変化光記録媒体を示す
断面図。
【図２】本発明に係る多層多値相変化光記録媒体を構成
する２つの記録層の熱応答特性を示す図。
【図３】本発明の実施例における多層多値相変化光記録
媒体を示す断面図。
【図４】本発明の実施例において用いた光ディスクドラ
イブの構成を示す図。
【図５】本発明の実施例における多層多値相変化光記録
媒体の記録信号および再生信号を示す図。
【符号の説明】
１…基板 ２…下部保護層 Ｒ1 ，…，ＲN …記録層 Ｓ1 ，…，ＳN-1 …中間層 ３…上部保護層 ４…反射層 １１…光ディスク １２…スピンドルモータ ２１…光源制御系 ２２…レーザー ２３…対物レンズ ２４…ハーフミラー ２５…焦点レンズ ２６…再生処理系

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザビームの焦点深度内に、中間層に
    よって互いに分離された第１および第２の相変化光記録
    層を有し、記録時の記録層の到達温度をＴ、記録層の融
    点をＴm、記録層の結晶化温度をＴx、記録光照射後の冷
    却時に記録層がＴmからＴxまで冷却するのに要する時間
    をτw、記録層の結晶化時間をτxとしたとき、第１の記
    録層ｉおよび第２の記録層ｊが、パワーレベルＯ、Ａ、
    Ｂ、Ｃ（ここで、パワーレベルの関係はＯ＜Ａ＜Ｂ＜
    Ｃ）の４種のレーザビームに対して、 Ｏのとき、Ｔ i ＜Ｔ mi 、およびＴ j ＜Ｔ mj Ａのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＜τ xi 、およびＴ j ＜Ｔ mj Ｂのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＜τ xi 、およびＴ j ＞Ｔ mj
    かつτ wj ＜τ xj Ｃのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＞τ xi 、およびＴ j ＞Ｔ mj
    かつτ wj ＜τ xj を満足することを特徴とする多値相変化光記録媒体。
  2. 【請求項２】 第１記録層に比べて第２記録層の方が、
    最高到達温度が低く、融点未満結晶化温度以上に保持さ
    れている時間が短いことを特徴とする請求項１に記載の
    多値相変化光記録媒体。
  3. 【請求項３】 レーザビームの焦点深度内に、中間層に
    よって互いに分離された第１および第２の相変化光記録
    層を有し、記録時の記録層の到達温度をＴ、記録層の融
    点をＴ m 、記録層の結晶化温度をＴ x 、記録光照射後の冷
    却時に記録層がＴ m からＴ x まで冷却するのに要する時間
    をτ w 、記録層の結晶化時間をτ x としたとき、第１の記
    録層ｉおよび第２の記録層ｊが、パワーレベルＯ、Ａ、
    Ｂ、Ｃ（ここで、パワーレベルの関係はＯ＜Ａ＜Ｂ＜
    Ｃ）の４種のレーザビームに対して、 Ｏのとき、Ｔ i ＜Ｔ mi 、およびＴ j ＜Ｔ mj Ａのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＜τ xi 、およびＴ j ＜Ｔ mj Ｂのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＜τ xi 、およびＴ j ＞Ｔ mj
    かつτ wj ＜τ xj Ｃのとき、Ｔ i ＞Ｔ mi かつτ wi ＞τ xi 、およびＴ j ＞Ｔ mj
    かつτ wj ＜τ xj を満足する多値相変化光記録媒体を用い、 パワーレベルＡのレーザビームで第１の記録層のみに記
    録し、 パワーレベルＢのレーザビームで第１および第２の記録
    層に記録し、 パワーレベルＣのレーザビームで第２の記録層のみに記
    録することを特徴とする多値相変化光記録媒体への記録
    方法。
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