JP4112239B2

JP4112239B2 - 多層記録媒体及び多層記録媒体の製造方法

Info

Publication number: JP4112239B2
Application number: JP2002035446A
Authority: JP
Inventors: 剛三樹; 正彬梅原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: JP2003242677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層記録に関し、大容量光記録媒体の可能な多層記録媒体の構造およびそれを用いた情報記録・再生システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューターシステムの一部としてあるいは家庭用エンターテイメント機器の一部として、大容量かつ取り扱いの容易な記録システムが求められている。この用途では、高速・大容量であるハードディスクに対し、取り扱いの容易さと互換性を特徴とした光メディアがあり、開発競争が繰り広げられている。
【０００３】
現在普及が進んでいる、最も容量の大きな光ディスクはＤＶＤであり、ＤＶＤは、複数の記録層を持つ記録媒体として、２層の記録層を持つ規格があり、映画等の記録に利用されている。このシステムでは、スタンパーによりピットが転写された２層のディスクを反射層であるＡｌ膜の蒸着後に貼り合わせる構成を取っている。この材料系では、一層あたりの反射率が高く、多層化した場合には層数が増えると共に急激に読み出し信号のＳ／Ｎが劣化するため、これ以上の多層化は難しい。
【０００４】
これに対し、一層あたりの反射率を適当に低い値に再現性良く落とした、多層ディスクの報告がある。即ち特許３０６６６７７号公報には、ディスク層間にエアギャップを設けることにより、ディスク（アクリルならばｎ＝１．４９２程度）と空気（ｎ＝１）との間の界面反射（約３．５％）を利用し、１０層程度の多層化が可能であることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許３０６６６７７号公報の場合においては、多層化は高々１０層程度であり、また、応用の範囲は読み取り専用のＲＯＭシステムに限られる。
【０００６】
しかし、近年一般的なハードディスクの容量は１０ＧＢを越え、１００ＧＢに届こうとしているが、光ディスクの記憶容量は、次世代と目される青紫レーザーを用いたシステムでも単層では２０ＧＢ程度にとどまる。このような状況で、光ディスクのメリットである取り扱いの容易さ配布性の確保を損なわない、光ディスクの大容量化が要求されている。
【０００７】
そこで本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、前記の特許３０６６６７７号公報等より多くの記録層を多層化でき、かつ、記録可能な媒体への応用が可能な、大容量多層記録媒体の構造及び情報記録・再生システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、２層以上の記録層を備えた多層記録媒体であって、
前記各記録層と、当該各記録層の材料とは屈折率の異なる材料からなる層と、が積層されて異種材料界面を構成しており、
前記異種材料界面を構成する一方の層には、光もしくは熱により記録可能な色素材料が分散されており、
前記異種材料界面での界面反射が、記録情報の読み出しと、フォーカス情報およびトラッキング情報の読み出しとの少なくともいずれかに用いられることを最も主要な特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の多層記録媒体であって、
前記異種材料界面の反射率が３％未満であることを主要な特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明では、請求項１または２に記載の多層記録媒体であって、
前記異種材料界面を構成する他方の層の材料が、フッ素を含有するポリマーであることを主要な特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明では、請求項３に記載の多層記録媒体の製造方法であって、
片面もしくは両面にグルーブを備えた前記他方の層を、フッ素を含有するポリマーを射出成形して形成し、
前記一方の層を、前記グルーブを備えた面に前記色素材料を含有するポリマーをスピンコートして形成し、
前記一方の層と前記他方の層とからなる複合体の複数を、熱重合樹脂を介して積層したことを特徴とする多層記録媒体の製造方法を主要な特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
光ディスクにおいて、情報は記録層上に形成されたピットの有無として記録されている。ピットの有無を光の反射の強度変化として読み出すため、記録層に蒸着された反射層からの反射光を用い、間接的に読みとっていた。この場合のメリットは、金属蒸着膜の高い反射率により、レーザーの戻り光の強度が大きく、高Ｓ／Ｎが容易に得られることにある。
【００１８】
しかし、金属蒸着膜を反射層として用いた場合には、一層あたりの反射率が大きく、透過損失も大きいため、多層化したときの下部層へのレーザー光の到達光量の減衰は大きい。
【００１９】
これに対し、本発明の構成による、異種材料の界面反射を用いた場合の反射率Ｒは、二つの材料の屈折率、ｎ₁、ｎ₂を用いるとＲ＝（ｎ₁−ｎ₂）＾２／（ｎ₁＋ｎ₂）＾２で表される。このことは、均質な材料を用い界面を構成することにより、反射率が数％未満の多層記録媒体が構成可能であることを意味する。従って、１０層を越える多層記録媒体が構成可能であるのみならず、一層あたりの透過損失が小さいため、読み出し信号の減衰も小さく、検出系は高感度であればダイナミックレンジの広いものは不要であるというメリットがある（両方を満たす検出器の実現は難しい）。
【００２０】
本発明における光もしくは熱により記録可能な色素材料とは、光もしくは熱の吸収により屈折率の変化が起こる材料を指している。この色素材料が、本発明を構成する異種材料界面のいずれか一方の層に含まれるので、光もしくは熱の照射を受けた部分は、色素を含まない層では屈折率の変化はないが、色素を含む部分では屈折率の変化がある。従って、光もしくは熱の照射の有無によって、界面反射率の変調を生じる。この反射率の変調を利用して、情報の記録再生を行う。
【００２１】
本発明の多層記録媒体は、色素の存在する部分が表面のみに限られていることが好ましい。全体に均一に分布されている場合には、表裏いずれの側に焦点を合わせることも可能であるが、書き込まれた情報による変調は深度方向に連続しているので、最悪両者の干渉が生ずる場合がある。従って、表裏両面の界面のうちいずれか一方を記録層として利用することとなるが、色素が表面のみに分散されていれば、光学的に分解可能な深度方向の距離があれば、両方の界面に情報の書き込みが可能となる。
【００２２】
１０層を越える多層記録媒体で、下層の読み出し光量の急激な減衰を防ぐためには、請求項２で示したように界面での反射率は、３％未満であることが望ましい。
【００２３】
請求項３で示したフッ素を含有するポリマーは、一般に低屈折率である。従って、前記フッ素を含有するポリマーとアクリル・ポリカーボネート・ポリスチレン等の一般的なポリマーとの界面は、より大きな屈折率差を設けることができ、結果として反射光量を稼ぐことができる。前記構成は、多層記録媒体の一部に用いることもできる。たとえば、下部の記録層に用いることにより、下部層からの反射光量の低下を補い、反射光量の平坦化を達成することが可能となる。
【００２４】
【実施例】
以下、図面により本発明の実施の形態を実施例により詳細に説明する。
【００２５】
参考例１
参考例１に多層記録媒体の一例を示す。参考例１は、各記録層を構成する界面の反射率が３％未満の多層記録媒体を、層間に紫外線硬化樹脂を充填する製造方法により作製する。併せて、前記多層記録媒体からの情報読み出し方法の一例について説明する。
【００２６】
多層記録媒体の作製方法を図１を用いて示す。図１は、記録媒体の記録面を拡大しており、ディスクのチャッキング部等は任意の形状が採用可能である。
（ａ）ランドおよびグルーブとピットを刻んだスタンパー１０１，１０２を用意する。本実施例では、両面に記録面を設けるため、スタンパー１０１，１０２の両方にピットが刻まれているが、片面のみの構成も取ることができる。
（ｂ）スタンパー１０１，１０２を用い、射出成形により記録層１０３を成形する。記録層１０３の材質はポリカーボネートを用いたが、後述の記録層間を充填するポリマーとの屈折率差が所望の値を取る組み合わせであれば、他の光学グレードのポリマーを用いることが可能である。本実施例では、射出成形により記録層を成形したが、スタンパー内での熱重合や、紫外線硬化等、他の成型方法を採ることも可能である。
（ｃ）スタンパーより取り外した記録層１０３を得た。
（ｄ）支持基板１０４に、紫外線硬化樹脂１０５を介し、記録層１０３を積層した後、保護層１０６を積層し、紫外線を照射し固化一体化する。用いた紫外線硬化樹脂は、アクリル系で、ポリカーボネートの記録層１０３とは約０．１の屈折率差があり、界面での反射率は約０．１％である。本発明の多層記録媒体は、３層に限られるものではなく、記録層を構成する異種界面の材質は、実施例１に示す、ポリカーボネートとアクリルの組み合わせに限るものではなく、意図する反射率を得ることのできる屈折率差を満たす異種材料の組み合わせが採用可能である。
【００２７】
次に、前記多層記録媒体からの情報の読み出し方法について図２を用い説明する。半導体レーザー２０９から出射した読み出し光は、カップリングレンズ２０８により平行光線とした後、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２０４と１／４波長板２０３よりなる光アイソレーターを通過し、円偏光に変換される。集光レンズ２０２により多層記録媒体２０１のいずれかの記録面を構成する異種界面に集光された読み出し光は、屈折率さによりその一部が反射される（参考例１の場合は約０．１％）。この反射光は、旋光方向が逆転しており、１／４波長板２０３で読み出し光と垂直な偏光方向の直線偏光に変換され、ＰＢＳ２０４で反射され集光レンズ２０５、円筒レンズ２０６を経て、四分割アバランシェ・フォトダイオード（４Ｄ−ＡＰＤ）２０７に導かれる。４Ｄ−ＡＰＤ２０７で高感度に検出された信号により、フォーカスおよびトラック制御を行うとともに、記録信号の再生を行う。前記多層記録媒体からの情報の読み出し方法においては、検出系に高感度な４Ｄ−ＡＰＤを用いることにより、記録信号を高感度に検出することが可能であり、多層化による大容量化が可能となる。図２を用いて説明した情報の読み取り方法は、前記多層記録媒体からの情報の読み出し方法の一例であり、この他の構成を取ることが可能であることは言うまでもない。また、媒体の形態は、ディスクに限るものではなく、カード状など他の形態をとることも可能である。
【００２８】
実施例１
実施例１に本発明の実施例の一例である多層記録媒体を示す。実施例１は、各記録層の反射率が３％未満を満たす多層記録媒体である。併せて、前記多層記録媒体からの情報の読み出し方法の一例について説明する。多層記録媒体の作製方法を図３を用いて示す。図３は、記録媒体の記録面を拡大しており、ディスクのチャッキング部等は任意の形状が採用可能である。
（ａ）ランドおよびグルーブとを刻んだスタンパー３０１と紫外線を透過する裏面を形成するスタンパー３０２を用意する。本実施例では、片面に記録面を設けるため、スタンパー３０１にのみランドとグルーブが刻まれているが、ＲＯＭとして用いる場合には両面にランドとグルーブおよびピットを形成した構成も取ることができる。
（ｂ）スタンパー３０１，３０２の間に紫外線硬化樹脂を充填し、紫外線により硬化させ、媒体３０３を成形する。媒体３０３の材質はアクリル系紫外線硬化樹脂を用いたが、後述の記録層間を充填するポリマーとの屈折率差が所望の値を取る組み合わせであれば、他の光学グレードのポリマーを用いることが可能である。また、紫外線硬化樹脂による成形の他にも、スタンパー内での熱重合や、紫外線硬化等、他の成型方法を採ることも可能である。
（ｃ）スタンパーより取り外した媒体３０３上に、スピンコートにより色素を含有するポリマー膜よりなる記録層３０４を形成した。記録層を形成するポリマーはポリカーボネート樹脂で、媒体３０３との屈折率差による界面反射により、フォーカスおよびトラッキングの制御を行う。
（ｄ）支持基板３０７に、熱重合樹脂３０６を介し、記録層３０４と媒体３０３の複合体を積層した後、保護層３０５を積層し、熱重合により固化一体化する。本発明の多層記録媒体は、３層に限られるものではなく、記録層を構成する異種界面の材質は、実施例２に示す、ポリカーボネートとアクリルの組み合わせに限る物ではなく、意図する反射率を得ることのできる屈折率差を満たす異種材料の組み合わせが採用可能である。
【００２９】
次に、前記多層記録媒体からの情報の書き込み方法について図４を用いて説明する。半導体レーザー４０９から出射した読み出し光は、カップリングレンズ４０８により平行光線とした後、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）４０４と１／４波長板４０３よりなる光アイソレーターを通過し、円偏光に変換される。集光レンズ４０２により多層記録媒体４０１のいずれかの記録面を構成する異種界面に集光された読み出し光は、屈折率差によりその一部が反射される（実施例１の場合は約０．１％）。この反射光は、旋光方向が逆転しており、１／４波長板４０３で読み出し光と垂直な偏光方向の直線偏光に変換され、ＰＢＳ４０４で反射され集光レンズ４０５、円筒レンズ４０６を経て、四分割アバランシェ・フォトダイオード（４Ｄ−ＡＰＤ）４０７に導かれる。４Ｄ−ＡＰＤ４０７で高感度に検出された信号により、フォーカスおよびトラック制御を行う。トラッキング時には読み取りレーザーによる感光が無視できる出力に制御し、書き込み時には書き込み情報に応じた半導体レーザーの出力変調を行い、記録ピットを形成する。色素の感光に伴う屈折率の変化を生じ、結果として記録ピットに応じた反射光の変調が起こる。前記多層記録媒体からの情報の読み出し方法においては、検出系に高感度な４Ｄ−ＡＰＤを用いることにより、記録信号を高感度に検出することが可能であり、反射光の書き込み情報による変調を電気信号として検出可能となる。以上のように、書き込み可能な記録媒体の多層化による大容量化が可能となる。図４を用いて説明した情報の読み取り方法は、前記多層記録媒体からの情報の読み出し方法の一例であり、この他の構成を取ることが可能であることは言うまでもない。また、媒体の形態は、ディスクに限るものではなく、カード状など他の形態をとることも可能である。
【００３０】
実施例２
実施例２に本発明の実施例の一例である多層記録媒体を示す。実施例２は、異種界面を構成する一方の材料がフッ素を含有するポリマーであり、各記録層の反射率が３％未満を満たす多層記録媒体である。多層記録媒体の作製方法を図５を用いて示す。図５は、記録媒体の記録面を拡大しており、ディスクのチャッキング部等は任意の形状が採用可能である。
（ａ）ランドおよびグルーブとを刻んだスタンパー５０１と裏面を形成するグルーブの無いスタンパー５０２を用意する。本実施例では、片面に記録面を設けるため、スタンパー５０１にのみランドとグルーブが刻まれているが、ＲＯＭとして用いる場合には両面にランドとグルーブおよびピットを形成した構成も取ることができる。
（ｂ）スタンパー５０１，５０２の間にフッ素含有ポリマーの一種であるテフロン（登録商標）ＡＦ（たとえば屈折率１．３５）を射出し、媒体５０３を成形する。媒体５０３の材質は、後述の記録層間を充填するポリマーとの屈折率差が所望の値を取る組み合わせであれば、他の光学グレードのポリマーを用いることが可能である。また、媒体５０３は、本実施例では、射出成形により記録層を成形したが、スタンパー内での熱重合や、紫外線硬化等、他の成型方法を採ることも可能である。
（ｃ）スタンパーより取り外した媒体５０３上に、スピンコートにより色素を含有するポリマー膜よりなる記録層５０４を形成した。記録層を形成するポリマーはポリカーボネート樹脂で、媒体５０３との屈折率差による界面反射により、フォーカスおよびトラッキングの制御を行う。この場合の両者の屈折率差は約０．２５とポリカーボネートとアクリルの組み合わせの約２．５倍となる。また、反射率は約０．７％と約７倍となる。
（ｄ）支持基板５０７に、熱重合樹脂５０６を介し、記録層５０４と媒体５０３の複合体を積層した後、保護層５０５を積層し、熱重合により固化一体化する。本発明の多層記録媒体は、３層に限られるものではなく、記録層を構成する異種界面の材質は、実施例３に示す、ポリカーボネートとテフロン（登録商標）ＡＦの組み合わせに限るものではなく、意図する反射率を得ることのできる屈折率差を満たす異種材料の組み合わせが採用可能である。
【００３１】
本実施例で作成した多層記録媒体は、実施例１の多層記録媒体と同様の原理・システムで情報の記録・再生が可能である。図５を用いて説明した多層記録媒体は、本発明の実施例の一例であり、この他の構成を取ることが可能であることは言うまでもない。また、媒体の形態は、ディスクに限るものではなく、カード状など他の形態をとることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の本発明は、少なくとも２層以上の記録層を備えた多層記録媒体において、記録媒体が屈折率の異なる異種材料の積層構造により構成されかつ前記異種材料の界面反射を、記録情報の読み出しもしくはフォーカス情報およびトラッキング情報の読み出しの少なくともいずれか一方に用いることを特徴とする多層記録媒体であるので、材料の屈折率という媒体内で安定した特性により媒体の反射率が決まり、結果として層内および媒体内での記録層の反射率が均一なものが容易に得られ、安定した記録情報の読み取りが可能な大容量多層記録媒体が得られる。また、異種界面として固気界面を用いた場合よりも、幅広い反射率の設定が可能である。これに対し、そもそも高い反射率を持つ金属系反射層を用いた場合には、媒体を構成する記録層数が多くなるに従って、下層の記録層を読み出すためには高い透過率が必要とされるため、光の波長前後の厚さの反射膜を均一に成膜する必要があるなど、記録面内あるいは媒体内の層毎、さらには媒体間のバラツキを押さえることは難しい。
【００３３】
請求項１記載の本発明は、前記構成に加え、異種材料界面を構成するいずれか一方の層に光もしくは熱により記録可能な色素材料を分散させたことを特徴とする多層記録媒体であるので、前記メリットに加え、記録層に光もしくは熱により記録可能な色素材料を分散させていることにより、メディアの作成後に情報の書き込みが可能となる。本発明のメディアは、用途に応じた材料選択によって一回のみ記録できるメディアと記録と消去を繰り返すことのできるメディアのいずれも作成可能である。
【００３５】
請求項２記載の本発明は、前記構成に加え、各記録層を構成する界面の反射率が３％未満であることを特徴とする多層記録媒体であるので、一層あたりの反射率が低く、透過率が高いことで、多数の記録層を積層した場合に問題となる下部層からの反射光量が急激に減少する問題を回避し、全記録層から高Ｓ／Ｎの読み出し信号を得ることができる。また、高感度の検出系を使うに当たっても、読み出し信号の上層部と下層部からの信号強度に極端なレベル差が無く一つの検出系で全ての信号を光電変換することが可能となり、システムのコストダウンが可能となる。
【００３６】
請求項３記載の本発明は、前記構成に加え、異種界面を構成する一方の材料がフッ素を含有するポリマーであることを特徴とする多層記録媒体である。フッ素含有ポリマーは、フッ素を付加する前のポリマーに比べ屈折率が低くなる。従って、異種界面を形成する屈折率差をより大きく取ることが可能であり、界面での反射率の制御範囲が広がる。フッ素含有ポリマーは、現在、射出成形用の材料からアクリル系あるいはエポキシ系の紫外線硬化型の樹脂等が選択可能で、様々な多層記録媒体の作製方法が可能となる。
【００３７】
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の多層記録媒体を、片面もしくは両面にグルーブおよびピットを備えたフッ素を含有するポリマーよりなる層を射出成形により形成し、前記ポリマー層を多層積層し層間を異なる樹脂により充填するので、フッ素を含有する樹脂の透明性を生かした媒体構成を取ることが可能であり、また、フッ素を含有する樹脂の低屈折率である特性を生かし、幅広い反射率が設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプロセス説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による光学システム概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるプロセス説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による光学システム概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるプロセス概念図である。
【符号の説明】
１０１：スタンパー
１０２：スタンパー
１０３：記録層
１０４：支持基板
１０５：紫外線硬化樹脂
１０６：保護層
２０１：多層記録媒体
２０２：集光レンズ
２０３：１／４波長板
２０４：偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）
２０５：集光レンズ
２０６：円筒レンズ
２０７：四分割アバランシェ・フォトダイオード（４Ｄ−ＡＰＤ）
２０８：カップリングレンズ
２０９：半導体レーザー
３０１：スタンパー
３０２：スタンパー
３０３：媒体
３０４：記録層
３０５：保護層
３０６：熱重合樹脂
３０７：支持基板
４０１：多層記録媒体
４０２：集光レンズ
４０３：１／４波長板
４０４：偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）
４０５：集光レンズ
４０６：円筒レンズ
４０７：四分割アバランシェ・フォトダイオード（４Ｄ−ＡＰＤ）
４０８：カップリングレンズ
４０９：半導体レーザー
５０１：スタンパー
５０２：スタンパー
５０３：媒体
５０４：記録層
５０５：保護層
５０６：熱重合樹脂
５０７：支持基板

Claims

２層以上の記録層を備えた多層記録媒体であって、
前記各記録層と、当該各記録層の材料とは屈折率の異なる材料からなる層と、が積層されて異種材料界面を構成しており、
前記異種材料界面を構成する一方の層には、光もしくは熱により記録可能な色素材料が分散されており、
前記異種材料界面での界面反射が、記録情報の読み出しと、フォーカス情報およびトラッキング情報の読み出しとの少なくともいずれかに用いられることを特徴とする多層記録媒体。
請求項１に記載の多層記録媒体であって、
前記異種材料界面の反射率が３％未満であることを特徴とする多層記録媒体。
請求項１または２に記載の多層記録媒体であって、
前記異種材料界面を構成する他方の層の材料が、フッ素を含有するポリマーであることを特徴とする多層記録媒体。
請求項３に記載の多層記録媒体の製造方法であって、
片面もしくは両面にグルーブを備えた前記他方の層を、フッ素を含有するポリマーを射出成形して形成し、
前記一方の層を、前記グルーブを備えた面に前記色素材料を含有するポリマーをスピンコートして形成し、
前記一方の層と前記他方の層とからなる複合体の複数を、熱重合樹脂を介して積層したことを特徴とする多層記録媒体の製造方法。