KR20030037753A - 근접장용 광디스크 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근접장용 광디스크 구조에 관한 것으로, 종래 근접장용 광디스크 구조는 기록 및 재생을 위한 레이저광을 인가하는 과정에서 디스크와 헤드의 사이 및 기록층 내에서 열이 발생하여, 재생신호가 불안정해지는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 수지 기판과, 상기 기판 상에 위치하며 광을 반사시킴과 아울러 광디스크의 열을 전도시키는 반사층과, 상기 반사층 상에 위치하며, 데이터를 기록할 수 있는 기록층과, 상기 기록층 상에 위치하는 유전층과, 상기 유전층 상에서 광디스크를 보호하는 보호층과, 상기 보호층 상부에서 헤드의 원활한 이동이 가능하도록 하는 윤활층으로 구성하여, 기록층과 반사층을 직접 접하도록 구성하여, 레이저광을 이용한 기록 및 재생 동작에서 기록층에 발생하는 열을 반사층을 통해 전도시켜 방출함으로써, 기록층의 온도상승을 억제함과 아울러 열의 방출 방향을 바꾸어 헤드와 광디스크 사이 공간의 온도상승을 방지하여, 안정된 재생신호를 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

근접장용 광디스크 구조{STRUCTURE FOR NEAR FIELD OPTICAL DISK}

본 발명은 근접장용 광디스크 구조에 관한 것으로, 특히 레이저 광의 주사에 의해 발생하는 헤드와 디스크 사이의 열발생을 감소시킬 수 있는 근접장용 광디스크 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 광디스크를 렌즈와 광디스크 사이의 거리에 따라 파 필드(far field)와 니어 필드(near field, 근접장)로 구분할 수 있다.

근접장은 파 필드 방식에 비하여 회절효과를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 광의 기록밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

종래 파 필드용 광디스크의 구조 및 그 동작원리를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1a는 종래 파 필드용 광디스크의 재생시 파 필드용 광디스크와 레이저광의 인가위치를 보인 모식도로서, 이에 도시한 바와 같이 렌즈(1)에 의해 집속되어지는 레이저광은 파 필드용 광디스크(10)의 기판(11)측으로 부터 입사되어져 데이터를 재생할 수 있게 된다.

상기 렌즈(1)의 구경수(NUMERICAL APERTURE, NA)는 0.5 내지 0.6의 값을 가지는 것을 사용한다.

또한, 도1b는 상기 종래 파 필드용 광디스크의 상세 구조도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(11)의 하측에 위치하는 제1유전층(12)과; 상기 제1유전층(12)의하측에 위치하며, 데이터가 기록되는 기록층(13)과; 상기 기록층(13)의 저면에 위치하는 제2유전층(14)과; 상기 제2유전층(14)의 저면에 위치하는 반사층(15)과; 상기 반사층(15)의 하측에 위치하는 자외선 래커(16)로 구성된다.

이와 같은 구조의 파 필드용 광디스크는 상기 제1유전층(12)과 제2유전층(14)을 Si₂N₄또는 ZnS-SiO₂를 사용하며, 기록층(13)으로는 TbFeCo, GeSbTe를 사용한다.

또한, 반사층(15)은 Al을 사용한다.

상기 구조의 파 필드용 광디스크는 기록층(13)에 기록된 데이터를 읽기 위한 레이저빔의 조사를 폴리머 기판(11)을 통해 기록층(13)에 조사하고, 그 기록층(13) 및 반사층(15)에서 반사되는 광을 검출하여 데이터를 판독하게 된다.

이때, 상기 광디스크의 기록밀도는 조사되는 레이저빔의 크기에 직접적인 연관이 있다.

광의 회절을 고려할때 레이저빔의 파장(λ)과 사용하는 렌즈의 구경수(NA)에 의해 집속되는 레이저광의 직경(D)은 아래의 수학식1에 의해 결정된다.

D=1.22λ/NA

이때, 상기 1.22는 RAYLEIGH회절 한계에 따른 상수로서, 그 회절효과에 의해 레이저광의 직경은 커지게 된다.

그러나, 실제 장치에서 이용할 수 있는 한계는 가우시언(GAUSSIAN) 강도 분포를 가지는 레이저 광의 반치폭(FULL WIDTH AT HALF MAXIMUM)에 해당되는 0.61로볼수 있다.

이와 같은 한계에 의해 종래 레이저광의 직경을 줄이기 위해서는 레이저빔의 파장(λ)을 줄이거나, 렌즈(1)의 구경수를 늘려야 한다.

그러나, 레이저빔의 파장(λ)을 줄이는 방식은 가시광영역을 넘어야 하는 문제점이 있으며, 렌즈(1)의 구경수 증가는 서보의 구성이 용이하지 않은 문제점을 가지고 있다.

이와 같은 파 필드용 광디스크가 가지는 문제점을 해결하기 위한 방향으로, 그 회절효과를 최소화하는 니어 필드(NEAR FIELD, 근접장)용 광디스크가 연구중이다.

도2 및 도3은 각각 종래 근접장용 광디스크를 재생하기 위한 장치의 실시예도로서, 이에 도시한 바와 같이 섬유팁(FIBER TIP, 21)을 이용한 방식 또는 솔리드 이머젼 렌즈(SOLID IMMERSION LENS, SIL)를 이용한 방식을 예로 들 수 있다.

이와 같은 방식에서 사용하는 근접장용 광디스크는 도4에 도시한 바와 같이 기판(11) 상에 반사층(15), 제2유전층(14), 기록층(13), 제1유전층(12)가 순차적층되며, 그 제1유전층(12) 상에 순차적층된 보호층(17)과 윤활층(18)으로 구성된다.

상기 근접장용 광디스크의 특징은 레이저빔의 조사가 기판(11)을 통해 이루어지지 않고, 그 반대방향인 윤활층(18) 측으로 부터 입사되어 데이터를 판독하게 된다.

이때, 상기 기록층(13)과 제1 및 제2유전층(14, 12)의 성분은 종래 파 필드 디스크와 동일한 성분이며, 상기 보호층(17)은 DLC(DIAMOND-LIKE CARBON)을 사용하여 헤드와 디스크의 충돌로 부터 데이터를 보호하는 역할을 하며, 윤활층(18)은 PERFLOUROPLOYESTER(PFPE)를 사용하여, 상기 헤드의 이동성을 향상시킴과 아울러 헤드와 광디스크 표면의 충돌에 의한 충격을 완화시키는 역할을 하게 된다.

상기 도2에서와 같이 섬유 팁(21)을 사용하는 경우에는 그 섬유 팁의 끝 부분에서 팁의 끝부분은 기록데이터의 비트 크기와 관련이 있으며, 그 직경은 수십 nm로 레이저 광의 파장보다도 더 작은 영역에 사용한다.

또한, 도3에 도시한 솔리드 이머젼 렌즈를 사용하는 방식은 렌즈 투과광 뿐만 아니라 렌즈에서 발생되는 근접장(evanescent field)를 동시에 사용하는 것으로, 렌즈 구성 물질의 굴절율에 의한 스폿 크기 감소효과를 이용하여, 보다 작은 광의 직경을 얻을 수 있게 된다.

이때 광의 직경(D)은 아래의 수학식2로 표현된다.

D = λ/NA_eff

상기 λ는 레이저광의 파장이며, NA_eff는 유효 구경수이고, 그 유효 구경수는 렌즈의 굴절율과 렌즈의 구경수(NA_obj)의 곱으로 나타낼 수 있다.

상기 반구형의 SIL렌즈를 사용하는 경우, SIL의 굴절율의 비 만큼 레이저광의 직경을 감소시킬 수 있다. 이는 파 필드 방식에서 레이저광의 직경이 구경수에 대해서만 반비례하는 것과는 차이가 있다.

또한, 상기 광의 직경이 작아지면 기록 밀도는 그 직경의 축소분의 제곱에해당하는 값만큼이 증가된다.

그러나, 상기와 같은 SIL렌즈를 이용하는 근접장 방식은 SIL렌즈와 디스크 간의 거리가 100nm이하의 좁은 이격거리를 가지게 된다.

이에 따라 SIL렌즈의 외측에 형성되는 근접장이 광디스크와 커플링 되는 경우, 광디스크의 기록층(13)의 온도가 상승한다.

또한, 헤드와 광디스크 사이의 공간온도가 상승하게 된다.

이와 같은 온도의 상승은 600℃ 정도 올라가게 된다. 이는 일반적인 광디스크의 기록층온도가 200~250℃정도 상승하는 것에 비하여 대단히 큰 값이며, 이와 같은 온도의 상승에 의해 디스크 회전에 의한 부양력으로 광디스크 상에서 일정한 높이를 유지하는 광플라잉헤드(OPTICAL FLYING HEAD)의 상태가 불안정해지고, 그 상태의 불안정에 기인하여 재생신호가 불안정해진다.

도5a 및 도5b는 상기 광플라잉헤드의 이격거리가 1㎛이고, 광학계의 구경수가 0.85인 조건에서, 레이저광의 전력을 각각 0.5mW와 1mW로 한 경우, 얻어지는 재생신호의 파형도로서, 이에 도시한 바와 같이 상기 전력이 0.5mW인 경우에는 안정적인 파형을 나타내지만, 전력이 1mW로 상승하면 재생신호는 급격하게 불안정해지는 파형을 나타낸다.

이러한 문제의 원인은 헤드와 광디스크 사이의 공기가 가열되어진 결과이다.

상기한 바와 같이 종래 근접장용 광디스크는 기록 및 재생을 위한 레이저광을 인가하는 과정에서 디스크와 헤드의 사이 및 기록층 내에서 열이 발생하여, 재생신호가 불안정해지는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 헤드와 광디스크의 사이영역 및 광디스크 내의 기록층의 온도 상승을 줄일 수 있는 근접장용 광디스크 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

도1a는 종래 파 필드용 광디스크의 재생시 파 필드용 광디스크와 레이저광의 인가위치를 보인 모식도.

도1b는 종래 파 필드용 광디스크의 구조도.

도2 및 도3은 각각 종래 근접장용 광디스크를 재생하기 위한 장치의 실시예도.

도4는 종래 근접장용 광디스크의 구조도.

도5a 및 도5b는 상기 광플라잉헤드와 광디스크의 이격거리가 1㎛이고, 광학계의 구경수가 0.85인 조건에서, 레이저광의 전력을 각각 0.5mW와 1mW로 한 경우, 얻어지는 재생신호의 파형도.

도6은 본 발명 근접장용 광디스크의 구조도.

도7a 및 도7b는 본 발명의 다른 실시예도.

도8a 및 도8b는 종래 근접장용 광디스크의 기록층과 유전층의 두께 변화에 따른 케르 로테이션과 반사도 변화를 보인 그래프도.

도9a 및 도9b는 본 발명 근접장용 광디스크의 기록층과 유전츠으이 두께 변화에 따른 케르 로테이션과 반사도 변화를 보인 그래프도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

61:기판62:반사층

63:기록층64:유전층

65:보호층66:윤활층

상기와 같은 목적은 수지 기판과, 상기 기판 상에 위치하며 광을 반사시키킴과 아울러 광디스크의 열을 전도시키는 반사층과, 상기 반사층 상에 위치하며, 데이터를 기록할 수 있는 기록층과, 상기 기록층 상에 위치하는 유전층과, 상기 유전층 상에서 광디스크를 보호하는 보호층과, 상기 보호층 상부에서 헤드의 원활한 이동이 가능하도록 하는 윤활층으로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도6은 본 발명 근접장용 광디스크의 구조도로서, 이에 도시한 바와 같이 기판(61)의 상부에 위치하는 반사층(62)과, 상기 반사층(62)의 상부에 위치하여 데이터가 기록되는 기록층(63)과, 상기 기록층의 상부에 위치하는 유전층(64)과, 상기 유전층 상에 위치하는 보호층(65)과, 상기 보호층(65)의 상부에 위치하는 윤활층(66)으로 구성된다.

이와 같은 본 발명의 구조의 특징은 종래 구조에서 기록층(63)과 반사층(62)의 사이에 위치하는 유전층을 제거한 구조를 가지며, 이로인하여 기록층(63)에 발생한 열은 알루미늄인 반사층(62)에 의해 용이하게 전도되어 그 기록층(63) 자체의 온도를 낮출 수 있게 된다.

또한, 도7a와 도7b에 도시한 본 발명의 다른 실시예도에서 보여지는 바와 같이 상기 유전층(64)을 제거하거나, 유전층(64)과 윤활층(66)을 제거하여 구성할 수도 있다.

상기한 각 실시예는 모두 기록층(63)과 반사층(62)이 접하는 구조상의 특징을 가지며, 이에 의해 기록 및 재생과정에서 레이저광에 의한 기록층의 온도와, 헤드와 디스크간의 커플링의 발생을 방지함으로써, 헤드와 디스크 사이영역의 온도 상승을 방지하게 된다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 구성 및 그 특성을 좀더 상세히 설명한다.

도8a와 도8b는 각각 종래 근접장용 광디스크의 유전막과 기록층의 두께에 따른 케르 로테이션(KERR ROTATION)과 반사도(REFLECTIVITY)의 그래프도이다.

상기 도8a 및 도8b의 결과는 윤활층(66)의 두께를 2nm로 하고, 보호층(65)의 두께는 10nm, 반사층(62)은 50nm의 두께로 한다.

이와 같은 구조의 광디스크의 유전막과 기록층의 두께를 각각 0~100nm와 0~50nm로 변화시키면 도8a와 같은 케르 로테이션을 얻을 수 있게 되며, 그 변화에 따라 반사도를 측정한 결과는 도8b에 도시한 바와 같다.

본 발명의 특징은 기록층(63)과 반사층(62) 사이의 유전층을 제거한 것이며, 이에 따라 변화되는 광디스크의 광학적인 특성은 상기 기록층(63) 또는 반사층(62)의 두께를 조절하여 보상할 수 있다.

도9a 및 도9b는 각각 본 발명 근접장용 광디스크의 유전층(64)과 기록층(63)의 두께 변화에 따른 케르 로테이션과 반사도의 측정결과 그래프도이다.

상기 측정결과는 윤활층(66)을 2nm, 보호층(65)을 10nm, 반사층(62)을 100nm로 하였을때의 결과이다.

상기 본 발명의 케르 로테이션과 반사도의 측정결과를 종래의 결과와 비교하면, 케르 로테이션을 0.28로 가정할 경우, 종래에슨 기록층의 두께를 약0.3nm, 유전층의 두께를 약20nm로 광디스크를 제작하며, 본 발명에서는 기록층(63)의 두께를 약 10nm로 하고, 유전층(64)의 두께를 20nm로 함으로써 얻을 수 있다.

또한, 반사도를 0.5로 가정한다면, 종래의 구성에서는 기록층의 두께를 약 20nm로 하고, 유전층의 두께를 약 10nm로 하면 얻을 수 있으며, 본 발명에서는 기록층의 두께를 약 20nm, 유전층의 두께를 약 20nm로 조절하면 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 기록층(63)과 반사층(62) 사이에 위치하는 유전층을 제거함으로써, 발생하는 광디스크의 광학적 특성의 변화는 기록층(63)과 반사층(62)의 두께를 조절하여 보상하는 것이 가능하게 된다.

또한, 그 기록층(63)과 반사층(62)의 사이에 위치하는 유전층을 제거하여, 기록층(63)의 온도상승을 반사층(62)을 통해 저하시키며, 그 열의 발산 방향을 바꾸어 줌으로써, 헤드와 디스크 사이영역의 온도 상승도 억제할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 기록층과 반사층을 직접 접하도록 구성하여, 레이저광을 이용한 기록 및 재생 동작에서 기록층에 발생하는 열을 반사층을 통해 전도시켜 방출함으로써, 기록층의 온도상승을 억제함과 아울러 열의 방출 방향을 바꾸어 헤드와 광디스크 사이 공간의 온도상승을 방지하여, 안정된 재생신호를 획득할 수 있는 효과가 있으며,

기록층과 반사층 사이에 유전막을 사용하지 않음으로써, 제조공정이 단순해 지며, 이에 따른 수율의 향상과 단가의 절감을 기대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 수지 기판과, 상기 기판 상에 위치하며 광을 반사시킴과 아울러 광디스크의 열을 전도시키는 반사층과, 상기 반사층 상에 위치하며, 데이터를 기록할 수 있는 기록층과, 상기 기록층 상에 위치하여 광디스크를 보호하는 보호층으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 근접장용 광디스크 구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기록층과 보호층의 사이에 위치하는 유전층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 근접장용 광디스크 구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보호층 상에 헤드의 원활한 이동을 돕는 윤활층을 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 근접장용 광디스크 구조.