KR20050057253A - 다중 적층체 광 정보매체 - Google Patents

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KR20050057253A
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recording
thermochromic
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information carrier
optical information
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크리스토퍼 부시
마르첼로 엘. 엠. 발리스트레리
에미엘 피터스
요하네스 티.에이. 빌데르베이크
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 광 빔 수단에 의해 정보를 기록하는 다중 적층체 광 정보매체에 관한 것으로서, 상기 광 정보매체는, 기판층(S)과, 각각 기록층(P1-P7)을 포함하는 적어도 두 개의 기록 적층체와, 상기 적어도 두 개의 기록 적층체를 분리하는 적어도 하나의 스페이서층(R)과, 보호층(C)을 구비한다. 기록 도중의 민감도를 향상시키기 위하여, 본 발명에 따르면, 상기 기록층(P1-P7)은, 기록 및/또는 판독 도중에 어드레스 지정된 기록층(P1-P7)의 민감도를 선택적으로 향상시키기 위한 온도 의존적인 광 특성을 갖는 열색성 물질을 포함하는 것이 제안되어 있다.

Description

다중 적층체 광 정보매체{MULTI-STACK OPTICAL INFORMATION CARRIER}
본 발명은 광 빔 수단에 의해 정보를 기록하기 위한 다중 적층체 광 정보매체에 관한 것으로서, 상기 광 정보매체는,
- 기판층과,
- 각각 기록층을 포함하는 적어도 두 개의 기록 적층체와,
- 상기 적어도 두 개의 기록 적층체를 분리시키는 적어도 하나의 스페이서층과,
- 보호층을 구비한다.
정보를 운반하는 두 개의 기록층이 두 개의 분리된 기록 적층체에 구비되어 DVD용으로 사용되는 두 개의 기록층 표준 등의 현재의 다층 기술과, 예를 들어, WO 98/50914 A1으로부터 공지된 10-20 기록층 형광체 기술은, 레이저 빔을 상기 층에 포커싱함으로써 기록/판독을 위한 층의 어드레스를 지정한다. 기록을 위한 선택성은, 초점 스폿에서의 레이저 강도가 어드레스 미지정 평면에서보다 더 높게 하여, 임계 온도 이상의 원하는 스폿만을 가열함으로써 달성된다. 판독 선택성은 (반) 공초점 설정을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 어드레싱 방식에서는, 광과 물질간의 상호작용이 강도에 있어서 선형적이다. 선형 방법은, n번째 층에 도달하기 위하여, 광이 n-1 어드레스 미지정된 층을 통과해야 하고, 입사 방사빔에 의해 상호작용이 발생한다고 하는 사실을 겪는다. 또한, 조명된 영역 위에 집적되면, 상기 상호작용은 어드레스 지정된 층에서의 상호작용과 동일한 정도이다. 이것은 이들 어드레스 미지정된 층에서의 에너지 손실과, 어드레스 지정된 층에서의 광의 충분한 상호작용간의 취사선택한 결과로 귀결된다.
판독에 대하여, 이것은 검출을 위해 입수 가능한 신호 강도에 있어서의 상당한 감소로 귀결되어, 획득 가능한 데이터 전송률을 감소시킨다. 어드레스 미지정된 층으로부터의 원하지 않는 기저광은 공초점 검출에 의해 제거될 수 있다.
일정한 층 속성을 갖는 시스템에 대해, 최적의 판독을 위해 아래의 수학식이 얻어진다: (반사의 경우)
가장 깊은 층의 최대 유효 반사율을 얻기 위하여, 계면 반사율은 R = 1/(2N-1)(N은 층의 총 수)로서 선택되어야 한다.
신호 출력 (a는 상대 흡수율, 는 비초점 상태인 층에서의 형광체 영역과 광 빔간의 중첩을 나타내며 가장 근사값으로는 0.25의 충전률과 동일하다)을 갖는 형광체의 경우, 최적의 상대 흡수율은 이고, 이에 따라, 선형 다층 시스템에서의 상호작용은 층의 수에 역비례한다.
상당한 층 수를 갖는 시스템에서 기록하기 위해서는, 기록 효과를 달성하기 위하여 보통 훨씬 더 많은 에너지량이 어드레스 지정된 층 내에 가해져야 하므로, 이것이 판독을 위한 것보다 더 심각한 제한을 야기시킨다. 그러므로, 출력 요건은 금지적으로 높아지고, 어드레스 미지정된 층의 원하지 않는 가열이 물질 및 매체 안정성에는 불리하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 어드레스 미지정된 기록층과의 많은 상호작용 없이도 데이터의 기록/판독을 위해 다수의 기록층 중의 하나가 효과적으로 어드레스 지정될 수 있는 다중 적층체 광 정보매체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은, 기록 및/또는 판독 중에 어드레스 지정된 기록층의 민감도를 선택적으로 향상시키기 위하여, 기록층들이 온도 의존적인 광 특성을 갖는 열색성(thermochromic) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 다중 적층체 광 정보매체에 의해 달성된다.
본 발명은, 기록층들의 광 특성을 변경시키는 열색성 물질의 효과를 이용하여 기록층들의 광 특성이 온도 의존성을 나타낸다는 기술적 사상을 기반으로 하고 있다. 따라서, 어드레스 지정된 기록층의 민감도는 어드레스 미지정된 기록층들의 민감도 이상으로 증가될 수 있다. 바람직하게는, 기록층들의 반사율 또는 흡수율이, 바람직한 실시예에 따라 제안된 것과 같이, 적절한 열색성 물질의 사용에 의해 온도 의존적으로 된다. 특히, 반사율 또는 흡수율은 각각 상승된 온도에서 증가된다.
본 발명에 따르면, 열색성 물질은 동시에 기록 물질일 수도 있지만, 추가적인 기록 물질이 기록층들에 제공되는 것도 가능하다. 바람직하게는, 본 발명이 CD-ROM, CD-R, DVD-ROM 또는 BD(블루레이 디스크) 등의 ROM 또는 WORM(1회 기록 복수 판독) 광 디스크에 적용된다.
바람직한 실시예에서, 기록층들은 온도 의존적인 반사율 특성을 갖는 열색성 물질을 포함한다. 이러한 실시예에서는, 상승된 온도에서의 굴절률의 불일치가 판독을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 주위 온도에서의 열색성 물질의 굴절률은 상기 기판 및 스페이서층의 굴절률과 일치하게 된다.
바람직한 실시예에서는, 제2물질 또는 반사 적층체의 온도 의존적인 반사율 특성을 전환하기 위하여, 국소적으로 증가된 흡수율과, 상승된 온도 및 열색성 물질이 사용된다.
유리한 실시예에 따르면, 상이한 열화 온도를 갖는 두 개의 분리된 열색성 물질이 기록층들에 사용된다. 바람직하게는, 트랙이 제1열화 온도를 갖는 열색성 물질로 이루어지는 한편, 트랙-홈은 상기 제1열화 온도보다 상당히 더 높은 제2열화 온도를 갖는 열색성 물질로 둘러싸여 있다. 따라서, 기록 중에는 제1제료만 열화된다.
또 다른 실시예에 따르면, 열색성 물질은 온도에 의존적인 흡수율 특성을 갖는 물질, 특히, 상승된 온도에서 증가된 흡수율을 갖는 물질을 가진다. 바람직하게는, 그 변화가 비영속적이며, 이상적으로는, 정보가 기록될 어드레스 지정된 층 상에 포커싱되는 레이저에 의해 발생된 가열 방사빔이 오프(off)로 전환되는 직후에 반전된다. 열색성 효과는 상호작용에 비선형성(nonlinearity)을 도입하므로, 방사빔의 흡수율을 이용한 임의의 저장 기구에 의해 기록하기 위해, 예를 들어, 광 유도 화학반응에 의해 기록하기 위해 열색성 효과가 사용될 수 있다. 열 기록의 경우, 이미 강한 비선형성이 존재하고, 열색성 효과의 추가적인 이점은 기록층의 더 나은 어드레싱 능력이다. 통상적으로 강도가 선형인 화학적인 그리고 열색성의 반응인 경우, 기록 임계를 도입하고, 이에 따라, 이들 기술들이 저장매체 어플리케이션에 더욱 적합하게 하기 위하여 열색성 효과가 사용될 수 있다.
원리적으로는, 판독을 위해 하나의 층에 대한 선택적인 어드레싱을 위해서도 마찬가지로 동일한 효과가 사용될 수 있다.
열색성 효과를 이용하도록 특히 적합하게 한 하나의 저장 기술은 저장된 정보의 형광 판독에 의거하고 있다. 그 전반적인 개념은 공지되어 있고, 예를 들어, WO 98/50914 A1에 기술되어 있다. 비간섭성의 형광성 광은 판독 중에 입사빔에 응답하여 방출되어 기록된 정보를 운반한다. 초점 상태의 층에서, 광 빔의 더 높은 강도는 어드레스 미지정된 층에 대하여 온도의 증가를 야기시킨다. 이에 따라, 판독 파장에서의 형광 분자의 흡광성은 크게 증가하게 되어, 원리적으로 판독 빔의 100% 흡수율과, 이에 따른 향상된 형광 신호를 허용한다.
중요한 경계 조건은 판독 때마다 발생해야 하는 가역적인 열색성 효과의 주기이다. 또한, 상기 효과를 시작시키기 위한 온도 차이는 물질 뿐만 아니라 전력 소비를 위해 상대적으로 낮아야 한다. 한편, 저장장치의 동작 온도 이상이어야 한다.
열색성 물질과 형광성 물질(염료)은 제1실시예에서 상이한 엔트리이며, 예를 들어, 순수한 물질이 서로 혼합되어 있다. 혹은, 형광 기능과 열색성 기능은 동일한 비율로 합성될 수 있다. 따라서, 이들 물질의 하나 또는 양쪽은, 상기 물질 또는 물질들의 용해, 분리된 고체 또는 분리된 액체 상태로의 산란, 상이한 접합제나 매체 물질 상에서의 흡수, 합성 등의 어느 하나에 의해 비활성 매트릭스에 사용될 수 있다. 상기 매트릭스는 고체 또는 반고체 성질, 바람직하게는 중합 성질 등의 유기 성질일 수 있다. 그러나, 유기물 기반의 겔형(gel-type)(네트워크형) 매트릭스 물질도 가능하다.
본 발명에 따른 열색성 물질로서 상이한 물질들이 사용될 수 있다. 그 바람직한 실시예는 청구항 10 내지 16에 기재되어 있다. 기록 물질 자체는 열색성 및 기록 속성 양쪽을 결합할 수 있는 상변화 물질 또는 1회 기록 물질일 수 있다.
본 발명에 따른 정보매체 상에 정보를 기록하는 방법은 청구항 18에 청구되고 있다. 상기 방법은, 열색성 효과가 강도에서 선형적이고, 안정된 기록에 필요한 본질적인 임계값을 나타내지 않으므로(정보가 반복적인 판독 또는 상이한 층에서의 기록에 의해 소거될 것이다), 일반적으로 저장을 위해 실용적이지 않은 기록 방법을 사용 가능하게 하는 열색성 효과의 비선형을 이용한다. 이것은 기록 파장에서의 초기 흡수율이 영(zero)일 경우에 가장 잘 작동함에 유의해야 한다. 흡수된 강도에 있어서 선형인 비열 공정(non-thermal process)에 의해 기록하기 위해 두 개의 상이한 파장을 이용하는 것이 제안되어 있다. 우선, 가열 파장이 열색성 효과를 고려하여 사용되어 (필수적으로 영으로부터의) 제2기록 파장에서의 물질의 흡광성을 증가시킨다. 그 다음, 상기 제2파장에서 가열된 층에만 선택적으로 정보가 기록된다.
따라서, 가열 파장은 제2파장에서의 진정한 기록 채널을 가능하게 하는 열쇠이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 적층체 광 정보매체의 단면을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 정보매체 상에서의 판독 및 기록을 예시한 것이고,
도 3은 증가된 흡수율의 원리를 예시한 것이고,
도 4는 집합체 형성에 의한 흡수율 스펙트럼에서의 변화 특히, 블루 시프트를 도시한 것이고,
도 5는 열색성 물질이 온도에 의존적인 반사율 특성을 나타내는 열색성 ROM 매체의 구현예의 측면도를 도시한 것이고,
도 6은 도 7에 도시된 매체의 평면도를 도시한 것이고,
도 7은 기록되지 않은 트랙에 의한 WORM 구현예의 개념을 도시한 것이고,
도 8은 기록된 트랙에 의한 도 9의 WORM 구현예를 도시한 것이고,
도 9는 기록되지 않은 트랙에 의한 또 다른 WORM 구현예의 개념을 도시한 것이고,
도 10은 기록된 트랙에 의한 도 11의 WORM 구현예를 도시한 것이고,
도 11은 pH의 변화를 갖는 화합물을 도시한 것이고,
도 12는 스피로파이란(spiropyran)에서의 링 개구에 의한 열색성 효과를 예시한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 적층체 광 정보매체의 제1실시예를 도시한 것이다. 매체의 상부에는 보호용의 보호막이 구비되고, 이 보호막에는 레이저 빔 또는 LED에 의해 발생된 광 등의 광 빔 L이 입사된다. 그 다음, 복수의 기록 적층체, 현재 예에서는 단일 기록층 P1 내지 P7을 각각 포함하는 7개의 기록 적층체가 구비되어 있다. 상기 기록 적층체와, 이에 따른 기록층 P1 내지 P7은 스페이서층 R에 의해 광학적으로 분리되며, 열적으로는 인접한 기록층을 분리시킨다. 가장 깊은 기록층 P7 아래에는 예를 들어, 폴리카보네이트로 된 기판이 구비되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 정보매체는 비활성 수동 스페이서층 R과 능동 기록층 P1-P7의 반복된 적층체에 의해 형성된다. 상기 스페이서층 R은 광학적으로 비활성이고 투명하며, 바람직하게는 1 및 100㎛ 사이의 두께, 특히, 5 및 30㎛ 사이의 두께를 가진다. 기록층 P1 내지 P7은 바람직하게는 0.05 및 5㎛ 사이의 두께를 가진다.
기록 및 정보 전달 기능 이외에, 입사하는 광과 어드레스 지정된 기록층과의 상호작용을 증가시키는 일시적인 가역 효과를 제공하기 위하여, 상기 기록층 P1-P7에는 열색성 효과가 구비된다. 테이션에 따라, 굴절률의 허수 및/또는 실수 부분에서의 변화는 흡수율과, 반사율 및, 그 다음에 판독을 위해 사용되는 투과율 특성에서의 변화로 유도된다. 바람직하게는, 이들 기능들이 하나의 물질에 결합되지만, 형광 저장 시스템의 경우에는 상이한 물질들에 분리될 수도 있다.
어드레스 지정된 기록층 이외에 모든 층에서는 광 강도가 낮기 때문에, 열적 프로파일은, 스펙트럼 시프트를 의미하는 변화나 형태의 변화가 흡수율 프로파일에서 전혀 일어나지 않도록 하거나, 원하는 파장에서의 흡광성의 증가, 예를 들어, 스펙트럼의 더 높은 흡수율 부분에 도달하지 않고도 온도가 선형일 수 있는 레이저 파장을 향한 프로파일의 스펙트럼 시프트를 도입할 정도로 변화가 크지 않도록 하는 임계 온도 이하의 어느 하나에 머문다. 그러므로, 어드레스 지정된 기록층에서만, 원하는 파장에서의 흡광성을 증가시킬 수 있을 정도로 충분히 큰 온도 증가가 달성된다.
기록층의 성분은 열색성 물질의 선택에 의존한다. 이하, 원하는 열색성 물질을 나타내는 바람직한 물질에 대해 상세하게 설명한다.
기록층 및 스페이서층의 굴절률은, 계면에서의 반사율을 최소화시키기 위하여, 비초점 상태의 층에서 마주치는 온도와 일치해야 한다.
형광 판독을 이용하는 실시예에서는, 기록층 P1-P7이 형광성 물질을 더 포함한다. 기록층에서 이러한 형광성 물질을 갖는 광 기록매체 및 그 제조방법은 WO 98/50914로부터 공지되어 있다. 여기서, 상기 기록층은 형광성 물질로 도포되어 있거나, 표면 구조(피트)는 형광성 물질로 채워져 있다. 광 빔이 기록층을 때리면, 형광성 광이 방출된다. 방출된 광은 입사 레이저 광과 상이한 파장을 가지며, 즉, 광 스펙트럼의 적색 단부를 향해 시프트되어 있고, 본질적으로, 현재의 광학장치에서의 반사된 광에 비해 비간섭적이다. 발광 스펙트럼이 흡수 스펙트럼과 중첩을 갖고 있지 않을 경우, 방출된 광은 데이터나 다른 마크(mark)에 의해 영향을 받지 않으며, 교란되지 않으면서 인접한 기록층을 진행한다. 드라이브의 판독 시스템에서는, 광이 컬러 필터링되므로, 정보유지 형광성 광만이 검출되고, 이에 따라, 표유광의 효과를 감소시킨다. 비초점 상태의 층으로부터의 형광성 광을 감소시키기 위한 추가적인 필터링이 반 공초점 설정에 의해 행해진다. 본 발명은 이러한 기록층에 유리하게 구현될 수 있다.
전술한 실시예에 따르면, 열색성 물질은 특히 염료인 형광성 물질과 상이하지만, 입사 방사빔에 의해 여기된 후, 판독 중에는 그 여기된 에너지를 형광성 물질에 전달한다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 열색성 효과를 나타내는 물질은 또한, 판독 도중에 방출된 신호가 방사빔의 증가된 흡수율에 의해 증가되도록 하는 형광 속성을 가진다.
형광 판독을 이용하는 구현예에 따른 광 매체의 기록 및 판독의 원리가 도 2에 예시되어 있다. 여기광 L1은 빔 분리기(2)(바람직하게는 여기 파장에서 반사하고 형광 파장에서 투과하는 다이크로익 미러(dichroic mirror))에 의해 매체 상으로 향하게 되고, 구면수차(SA : spherical aberration) 보상기(3)를 통과하며, 기록층 상에 포커싱되어 대물렌즈(4)에 의해 어드레스 지정이 이루어진다. 위에서 설명되어 있고 도 1에 도시된 것과 같은 기록층(1)으로부터의 형광성 광인 정보 전달 광 L2는 대물렌즈(4), 구면수차 보상기(3), 빔 분리기(2)를 통과하여, 또 다른 렌즈(5)에 의해 광 검출기(6)를 향하게 된다. 다이크로익 미러와 함께, 빔 분리기(2) 후방의 검출광 경로에 컬러 필터가 위치되어, 검출기(6) 상에 떨어지는 표유광의 양을 감소시킬 수 있다. 반 공초점 검출은, 도 2에 도시된 것과 같이, 검출기 크기를 스폿 화상의 크기와 적절하게 일치시키는 것이나, 검출 경로에 적절한 크기의 핀홀을 사용하는 것 중의 하나에 의해 달성된다.
본 발명의 효과가 도 3에 예시되어 있다. 주위 온도에서, 레이저 파장에서의 상대 흡수율은 작다. 그러므로, 모든 비초점 상태의 기록층은 입사광에 대해 거의 투명하다. 어드레스 지정된 기록층에서만, 레이저의 강도가 광 속성을 크게 변화시킬 정도로 충분히 물질을 가열시킬 정도로 높으며, 이에 따라, 온도와 국소 가열을 더욱 증가시킨다.
아래에서는, 열색성 물질이 온도 의존적인 반사율 특성을 나타내는 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 반사를 이용한 다중층 시스템은 현존하는 광 저장 로드맵의 직접 확장이며, 구면수차 보상 수단만이 추가되므로, 현존하는 드라이브 설정과 가장 가능성 높은 호환성을 제공한다. 열색성 재료는 주위 온도에서 기판 물질의 굴절률과 정확하게 일치하는 굴절률을 가진다. 그러므로, 기판-기록층 계면에서 반사가 전혀 발생하지 않는다. 상기 물질은, 초점에서 자체 증폭 열색성 효과를 기동시키기에 충분한 주변 온도의 일부 제한된 흡수율을 나타낸다. 자체 증폭된 가열에서는, 도 4에 도시된 것과 같이, 흡수율 프로파일이 시프트할 뿐만 아니라, 크라머스-크로니히 관계(Kramers-Kronig relation)에 의하면, 굴절률의 실수 부분도 시프트한다.
청색 파장 기록을 위한 것으로 간주되는 대표적인 염료는 대략 의 굴절률(최대 흡수율 위치 대 사용되는 레이저 파장에 의존함)을 가지며, 이에 따라, 대략 인 표준 폴리카보네이트 기판 물질에 대한 피크 반사율이 유도된다.
이것은 듀얼층 RW BD 디스크의 반사율과 동일한 진폭 단위이며, 모든 층에 대해 층의 총 수와 무관하게 달성될 수 있음에 유의해야 한다. 게다가, 본 구현예에 대해서는 표준 트래킹 및 타이밍 방법이 사용될 수 있다. 그 굴절률에 있어서 더 높은 차이를 갖는 재료(예를 들어, n ≥1.3인 플루오르화 폴리머)를 사용하면, 굴절률이 증가한다.
ROM 시스템의 구현예에서는, 반사시에 표준 ROM 시스템에서와 같이 최적 판독 및 트래킹 신호를 부여하도록 피트 형상과 최적화된 깊이를 갖도록, (습식 양각, 분사 몰딩, (광)리소그래피 기술, 미세접촉 인쇄, 증착 등의 공지되고 안정된 기술을 이용하여) 열색성 층이 패터닝된다. 작은 반사율은 별문제로 하고, 열색성 효과의 존재에 관한 어떠한 피드백도 요구되지 않으므로, 변동되는 초점 깊이에 의해 도입되는 수차를 보상할 필요를 제외하고는 표준적인 현재 입수 가능한 드라이브와 크게 호환될 수 있다.
아래의 구현예에서는 현재의 디스크 시스템과 유사한 트랙이 도시되어 있음을 언급해야 한다. 그러나, 이것은 한정을 의미하지는 않으며, 예를 들어, 비주사(non-scanning) 데이터 접근 및/또는 2D 정보 부호화를 구비할 수 있는 카드 시스템에서와 같은 다른 구현예가, CCD 센서를 이용하여 넓은 빔 조명 및 검출을 하는 비주사 카드 등과 마찬가지로 가능하다. 또한, 도면은 비례관계가 정확한 것은 아님을 유의해야 한다.
도 4a, 4b는 진폭 및 위상 격자(도 5a)와, 순수 위상 격자(도 5b)를 결합한 열색성 ROM 반사식 시스템의 구현예의 측면도를 도시한 것이다. 상기 매체는 기판 보호층 S와, 양각된 ROM 구조를 갖는 열색성 층(10)과, 스페이서층 R(접착층을 포함할 수 있음)을 구비한다. 층 S, 10, R의 굴절률은 주변 온도에서 동일하다. 빗금 영역(20)은 광 빔 형상을 표시한다. 온도는 빔 허리부분에서만 주변 이상으로 크게 증가한다.
반사식 ROM 시스템에 대해 구현예의 변형이 가능하다. 특히, 도 5에 도시된 구현예와 별도로, 단일 열색성 층의 동질의 두께를 갖는 구현예도 가능하다.
도 6은 도 5에 도시된 열색성 ROM (주사) 반사식 시스템의 열 프로파일의 평면도를 도시한 것이다. 영역(30)은 주사 스폿에 의해 발생된 평면 내의 온도 프로파일을 나타내는 중앙 영역(40)에서 활성화되는 열색성 속성을 갖는다.
이하, WORM 시스템에 대한 반사식 실시예의 구현예에 대해 설명한다. 원리적으로, 하이-투-로우(high-to-low) 기록 효과는, 열색성 속성을 잃게 되어, 주변을 둘러싸는 기판/스페이서 물질의 굴절률과 일치되는 굴절률 n을 갖는 비반사 상태로 영구적으로 되돌아가게 하는 임계 온도 이상으로 상기 물질을 가열함으로써 간단하게 달성된다. 상기 언급된 임계값을 넘어서는 변이가 열색성 물질의 열화에 의해 달성되거나 상기 열화를 수반할 경우, 발생된 조각의 평균 굴절률이 둘러싼 매트릭스의 굴절률과 일치하도록 상기 물질이 선택되는 점에 주의를 기울여야 한다.
아래에 설명되는 제1구현예에서 사용되는 것과 같이, 이 기록 개념의 매우 가능성 있는 특징은 그 결과로 발생하는 높은 변조값(원리적으로 100%)이다. 이것은, 가장 높은 데이터 공간 주파수가 변조 전송기능 차단과 밀접해짐으로써 광 시스템에 의해 강하게 감쇄되는 고밀도 시스템을 위한 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해 중요하다. 그러므로, 높은 변조률은 획득 가능한 데이터 전송률을 위해 직접적으로 유익하다.
제1WORM 구현예에서는, 하나의 단일 열색성 물질이 사용되고, 트랙에 증착된다. 열색성 물질은 그 자체만으로 사용되거나, 용해, 산란, 바인더에서의 흡수, 합성 등에 의해 호스트 매트릭스에 혼합될 수 있다. 층 두께는 적절한 정보와 트래킹 신호를 제공하도록 선택된다. 그 개념은 도 9 및 10에 예시되어 있다. 예시를 위해 트랙은 직선으로 도시되어 있음에 유의해야 한다. 물론, 예를 들어, 표준 기록에서 사용되는 것과 같이, 타이밍 정보가 트랙 워블에 삽입될 수 있다.
도 7a, 7b는 기록되지 않은 트랙을 갖는 제1구현예의 측면(도 7a)과 평면(도 7b)을 도시한 것이고, 도 8a, 8b는 기록된 트랙을 갖는 제1구현예의 측면(도 8a)과 평면(도 8b)을 도시한 것이다. 열색성 물질(50)은 트랙에 증착되고, 60으로 표시된 것과 같이 국소적으로 열화된다. 스페이서층 R은 인덱스에 의해 맞추어지고 비활성이다. 기록한 후, 트랙의 열화되지 않은 부분만이 여전히 열색성 효과를 나타내게 되어, 반사된 광의 변조가 달성된다.
WORM 구현예가 도 9 및 10에 예시되어 있다. 여기서, 양자가 열색성 효과를 나타내는 상이한 열화 온도를 갖는 두 개의 물질을 이용한 또 다른 개념이 적용된다. 도 9a, 9b는 기록되지 않은 트랙을 갖는 제1구현예의 측면(도 9a)과 평면(도 9b)을 도시한 것이고, 도 10a, 10b는 기록된 트랙을 갖는 제1구현예의 측면(도 10a)과 평면(도 10b)을 도시한 것이다.
트랙은 기록 공정 도중에 마주치는 대표적인 공정 온도 정도인 열화 온도를 갖는 열색성 물질(70)로 주로 구성된다. 트랙-그루브(track-groove)는 물질(80)로 둘러싸이며, 상기 물질도 열색성 속성을 나타내지만, 기록 공정 도중에 마주치는 온도보다 상당히 더 높은 열화 온도를 갖는다. 이러한 더 높은 열화 온도와, 레이저 스폿의 중앙에서 강도에 비해 (예를 들어, 더 낮은 온도인) 선 그루브 트랙의 가장자리에서의 더 낮은 광 강도로 인해, 도 10a에서 90으로 표시된 것과 같이, 기록 도중에 물질(70)만이 열화될 것이다.
다시 한번, 열색성 물질은 그 자체만으로 사용되거나, 용해, 산란, 바인더에서의 흡수, 합성 등에 의해 호스트 매트릭스에 혼합될 수 있다. 트랙-그루브는 예를 들어, 양각 또는 미세접촉 인쇄 등의 종래의 기술을 이용하여 제조될 수 있다.
이 구현예의 이점은 비기록 및 기록 상태의 양쪽에서 연속 서보신호가 발생된다는 점이다. 이 구현예에서 달성되는 콘트라스트(contrast)는 기록 적층체의 상세한 배치 및 물질 속성에 의존한다. 물질(80)로 이루어진 "랜드(land)"층은 두께 d1인 저장층 아래에 여분의 확장을 갖는 d1+d2의 최대 두께를 가진다. 도 9 및 도 10은 구현예를 도시한 것이지만, 예를 들어, d1=0이고 d2=0인 균질의 두께를 갖는 층과 같은 다른 변형도 가능하다.
다층 구조가 전송시의 판독을 위해 최적화될 수도 있다. 여기서, 활성화된 층을 통한 광 빔의 전송 중에 도입되는 흡수, 반사 및 위상차는 검출기 상에서의 신호 출력의 변조를 일으킨다. 이 구현예는 가능성 있는 시스템의 가능한 변형이다.
광 속성이 온도의 함수로서 변화하는 많은 물질이 있다. 열색성 동작은 몇개의 상이한 기원을 가진다. 원하는 효과를 달성하기 위해 사용되는 몇개의 물질 분류가 아래에서 설명된다.
연장된 ( π) 복합 분자 또는 폴리머에서는, 온도에서의 형태 자유도의 변화에 의해 열색성 효과가 발생된다. 낮은 온도에서 상기 형태 자유도는 제한되며, 그 결과, 복합 분자는 상대적인 평면을 가진다. 온도를 증가함에 따라, 형태 자유도가 증가하고, 분자의 기하구조는 평면에서 벗어난다. 결과적으로, 분자에서의 효과적인 복합은 온도 증가와 함께 감소하며, 흡수율 밴드의 청색 이동(blue-shift)이 일어나게 된다. 흡수율의 출발점의 이동은 단지 최소이다.
온도에 의한 효과가 중요하지만, 연장된 복합 분자의 실제적인 사용은 제한되는 것으로 간주된다. 온도를 증가시키면, 흡수율 밴드의 청색 이동이 발생하게 되어, 현재에는 열색성 효과가 (실온 이하의) 더 낮은 온도에서 가장 많은 것으로 단언될 수 있다고 간주된다. 열색성 효과는 열 변동의 변화에 의해 발생되므로, 매우 빠르다(<ps).
pH의 변화에 따라 그 색(흡수율 스펙트럼)을 변화시키는 많은 화합물이 알려져 있다. 이러한 화합물의 예는 도 11에 예시되는 것과 같이, 플루오란 유도체(fluoran derivatives)와 크리스털 바이올렛 락톤(crystal violet lactone)이다. 이들 pH 민감성 염료가 색 현상액 및 용매와 혼합될 경우에 열색성 혼합물이 얻어질 수 있다. 가역성 시스템에 대해, 색 현상액은 약 산성인 반면, 비가역성의 열색성 시스템을 얻기 위하여 강 산성이 사용될 수 있다. pH 민감성 염료와 색 현상액은, 일반적으로 알콜 똔느 에스테르인 제3화합물에서 용해 또는 혼합된다. 제3화합물(용매)의 녹는점은 색 변화가 일어나는 온도를 결정한다. 용매가 녹을 때, 염료는 (약한) 산과 반응할 수 있으므로, 색 변화가 일어나게 된다. 일반적으로, 유색의 형태는 급속 냉각에 의해 동결될 수 있는 반면, 무색의 염료는 느린 냉각이 일어난 후에 형성된다.
가열 후에 일부 시스템은 적색 이동(red-shift)을 나타낸다. 착색을 위한 정확한 속도 상수는 현재 알려져 있지 않지만, 의미있는 착색은 미국특허 제5,395,815호에 공지된 것과 같은 열 인쇄 헤드를 이용하여 1ms 이내에 달성될 수 있다.
스피로파이란(spiropyrans), 스피로바이크로민(spirobichromenes) 및 스피로옥사진(spirooxazines)의 대부분의 유도체는 열색성 동작 뿐만 아니라 광색성 동작도 나타낸다. 적절한 파장의 광에 의해 방사하거나 가열한 후, 이들 화합물은 가역적인 링 개구 반응을 하여, 도 12에 예시된 것과 같이, 쌍성 이온(zwitter-ion) 및 고착색 종(highly coloured species)이 된다.
광색성 공정을 위한 속도 상수는 매우 높다. 조사한 후, 링 개구 종이 10ns(스피로파이란) 이내 또는 피코초(picosecond)(스피로바이크로민) 이내로 형성된다. 열색성 공정을 위한 속도 상수는 상당히 낮을 수 있으며, 조사한 후의 색분리 반응은 매우 빠르다. 그러므로, 이들 화합물은 저장매체에서 원하는 열색성 효과를 얻기에 매우 적당하지 않은 가능성이 높다.
스피로파이란의 피로 저항은 매우 높지 않지만, 스피로바이크로민과 스피로옥사진은 높은 피로 저장을 가진다.
또한, 유리질 폴리머 매트릭스에서 입체적으로 저지된 광색성 물질을 용해시키는 것도 가능하다. 광색성 공정을 위한 속도 상수는 폴리머 매트릭스에서의 체적량에 크게 의존하므로, 그 온도에 크게 의존한다. 입체적으로 저지된 광색성 화합물에 대해, Tg 이하의 폴리머 매트릭스의 자유 체적은 불충분하다. 폴리머의 유리 전이 온도 이상에서, 상기 증가된 자유 체적의 결과로, 광색성 공정의 속도 상수가 의미있게 증가한다. 그 결과, 색분리 반응 뿐만 아니라 착색의 반응 속도 양자가 증가한다. 온도가 증가함에 따라 착색되지 않은 형태를 향해 평형점이 이동하지만, 다른 광색성 염료에 대해서는 상기 상황이 다를 것이다.
또 다른 가능성은 가역적인 집합/해리(dissociation)를 사용하는 것이다. 염료의 광 속성은 분자들의 집합 이후에 크게 변화한다. J형 집합체 및 H형 집합체와 같은 상이한 종류의 집합체가 형성될 수 있다. J형 집합체가 형성하게 되면 최대 흡수율의 적색 이동이 일어나게 되는 반면, H형 집합체가 형성하게 되면, 최대 흡수율의 청색 이동과 함께, 도 4에 도시된 것과 같은 흡수율의 시작점의 적색 이동이 일어나게 된다. 이와 같이, 염료 분자의 집합 및 해리에 의해, 온도에 의한 흡수율 스펙트럼의 변화가 일어나게 된다.
형광 판독에 의거한 저장 시스템에서 열색성 효과가 사용되고, 형광체의 가열 및 여기를 위해 동일한 파장이 사용될 경우, 그 물질의 형광체 양자효율은, 열색성 효과가 유효하도록 하기 위해 필요한 가열을 달성하고, 흡수된 에너지의 나머지 부분은 형광성 광으로서 재방출될 수 있도록 선택되어야 한다.
본 발명에 따르면, 기록매체의 흡수율 및/또는 반사율 스펙트럼의 온도 의존성은 어드레스 지정된 층에서의 입사 광의 상호작용을 증가시키기 위해 사용되어, 기록 및/또는 판독이 비선형적으로 된다. 단지 국소적으로, 광 빔의 초점에서, 상기 상호작용은 그 초기의 낮은 값으로부터, 효율적인 기록신호 또는 큰 판독신호를 위해 필요한 레벨까지 증가된다. 이것은 열색성 물질을 사용함으로써 달성된다.
그러므로, 본 발명은 아래의 이점을 가진다. 즉, 향상된 광 상호작용(예를 들어, 전송된 빔의 흡수, 반사, 변조)이 선형 다층 기술에 대해 허용될 수 있는 것보다 훨씬 더 크고 매우 높게(원리적으로 100%에 이름) 될 수 있다. 형광체 시스템의 경우, 원리적으로, (20 및 100개의 층 매체의 경우 대해 각각) 5-25의 인자에 의한 판독신호 세기의 증가가 가능하고, 어드레스가 지정되지 않은 비초점 상태의 층에 의해 기저광에 대한 속성이 크게 감소됨으로써, 신호 변조율이 증가된다. 작은 비초점 기여로 인해, 반 공초점 검출을 위한 요구가 완화된다. 혹은, 낮은 크로스토크와 안정된 초점 트래킹을 유지하면서 층들이 밀착하게 되어, 주어진 수의 층에 대한 수차 보정 요구가 감소된다. 형광성 판독과 흡수율 스펙트럼의 적색 이동의 경우, 비초점 층에 대한 효과적인 스토크-이동(Stokes-shift)이 더 커지기 때문에, 방출된 형광성 광의 재흡수가 크게 억제된다. 열 프로파일의 중앙에 있는 열적으로 활성화된 비트만이 판독신호에 기여하기 때문에, 심볼간 간섭(ISI : intersymbol interference) 뿐만 아니라 인접하는 트랙간의 방사상 크로스토크도 줄어든다. 크게 국소화된 열 프로파일로 인해, 사실상, 상기 시스템의 공간적인 해상도가, 광 강도 프로파일에 의해 결정되는 선형 시스템의 해상도(슈퍼 해상도) 이상으로 향상된다. 이 효과는 시스템 마진을 증가시키거나, 저장층의 수평 밀도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 광 빔 수단에 의해 정보를 기록하는 다중 적층체 광 정보매체에 있어서,
    기판층과,
    각각 기록층을 포함하는 적어도 두 개의 기록 적층체와,
    상기 적어도 두 개의 기록 적층체를 분리시키는 적어도 하나의 스페이서층과,
    보호층을 구비하고,
    상기 기록층은, 기록 및/또는 판독 중에 어드레스 지정된 기록층의 민감도를 선택적으로 향상시키기 위하여 온도 의존적인 광 특성을 갖는 열색성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은 온도 의존적인 반사 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열색성 물질의 굴절률은 상기 기판 및 스페이서층의 굴절률과 일치하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기록층은 상이한 열화 온도를 갖는 두 개의 별도의 열색성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은 온도 의존적인 흡수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기록층은, 판독 도중에 입사 광 빔에 응답하여 비간섭성의 형광성 광을 방출하는 형광성 물질을 포함하거나 상기 형광성 물질에 의해 도포되며, 상기 형광성 광은 어드레스 지정된 기록층에 기록되는 정보를 운반하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열색성 물질의 열색성 기능과 상기 형광성 물질의 형광 기능은 동일한 비율로 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 열색성 물질 및/또는 상기 형광성 물질은 비활성 매트릭스에서 사용되고, 상기 매트릭스는 고체 또는 반고체 성질, 특히 유기 성질, 중합 성질 또는 유기물 기반의 겔형 성질인 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열색성 물질 및/또는 상기 형광성 물질은, 용해, 별도의 고체상 또는 액체상으로서의 산란, 상이한 바인더나 매체 물질 위에서의 흡수, 또는 합성에 의해 상기 비활성 매트릭스에서 사용되는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은, 특히, 1 및 100% 사이의 파이 복합 물질의 농도를 갖는, 순수하고 연장된 파이 복합 올리고머(oligomer)나, 폴리머 매트릭스인 파이 복합 물질의 폴리머를 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은 pH 민감성 염료 분자와 색 현상액을 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은 극성의 호스트 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은, 스피로파이란, 스피로바이크로민 또는 스피로옥사진이 포함되고, 특히, 용해되어 1 및 25% 사이의 농도를 갖는 폴리머 물질을 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은, 입체적으로 저지된 광색성 염료가 포함되고, 특히, 용해되어 1 및 25% 사이의 농도를 갖는 폴리머 물질을 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은, 열색성 염료, 특히, 시아닌이나 프탈로시아닌 염료가 포함되고, 특히, 용해되어 1 및 25% 사이의 농도를 갖는 폴리머 물질을 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 열색성 물질은, 염료 분자가 집합되고, 특히, J형 집합체나 H형 집합체를 형성하는 염료 물질을 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기록층은 기록 물질로서 상변화 물질이나 1회 기록 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체.
  18. 광 빔을 이용하여 청구항 1에 기재된 다중 적층체 광 정보매체 상에 정보를 기록하는 방법에 있어서,
    정보가 기록될 기록층을 가열하기 위하여, 상기 기록층 상에 제1가열 파장인 상기 광 빔을 보내는 단계와, 상기 가열된 기록층 상에 제2기록 파장인 상기 광 빔을 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 적층체 광 정보매체 상에 정보를 기록하는 방법.
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