(57)【要約】  【課題】  クロスライト、クロスイレーズや記録パワーマージンの低下を防ぎつつ、書き換え型光ディスクおよび追記型光ディスクの高容量化を図る。  【解決手段】  グルーブ記録方式を用い、トラックピッチを０．４０μｍ〜０．４４μｍ、グルーブ溝深さを２０ｎｍ〜５０ｎｍとした相変化型光ディスクを用い、波長４０５ｎｍ近傍の青色レーザおよび開口数０．６５の対物レンズからなる光学系にて記録再生を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランド、グルーブに対応する凹凸パターンを有する透明基板上に相変化記録膜を有し、光源に対して凸となっている上記グルーブにレーザを照射することにより情報の記録・再生がなされる光ディスクであって、
上記グルーブ間の幅が０．４０μｍ〜０．４４μｍであり、上記グルーブの溝深さが２０ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする光ディスク。
【請求項２】
波長４００〜４１０ｎｍの青色レーザおよび開口数ＮＡが０．６５の対物レンズを用いた光学系を使用して記録・再生を行うことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、青色レーザおよび開口数０．６５の対物レンズを用いた光学系を使用して記録・再生を行う高容量の光ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、情報記録媒体として用いられる光ディスクはその用途に応じて、ＭＤ（Mini Disc）、ＭＯ（Magneto Optical）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ブルーレイディスク等様々なフォーマットが提案されている。いずれのフォーマットで使用される光ディスク基板も、一般的には樹脂材料の射出成型により作製されており光ディスクの低価格化が実現されている。
【０００３】
中でも、ＤＶＤは動画コンテンツに特化した光ディスクとして広く用いられている。ＤＶＤは波長が６５０ｎｍの赤色レーザと、開口数ＮＡが０．６の対物レンズを用いた光学系により記録再生が行われており、片面一層ディスクで４．７ＧＢ、片面２層ディスクにおいては８．５ＧＢの容量を有している。これにより、高品質の動画コンテンツを２時間以上記録することも可能となった。
【０００４】
しかしながら、近年デジタルＨＤＴＶ（High Definition Television：高精細度テレビジョン）放送が開始され、今後さらに高品質の動画コンテンツが増えていくのに伴い、より高容量の記録媒体への要求が高まっている。光ディスクの高容量化を可能とする方法としては、レーザの波長を短くし、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることでスポット面積を小さくし、記録密度を向上させるとともに、トラックピッチを小さくして形成する方法が挙げられる。
【０００５】
上述のような方法を用いた高容量光ディスクとして、現在片面１層で１５〜２０ＧＢの記録容量を有する次世代光ディスクの開発が進められている。この光ディスクでは、波長４０５ｎｍ近傍の青色レーザおよび開口数ＮＡ０．６５の対物レンズを用いた光学系を使用し、ランドおよびグルーブの両方に情報を記録するランド・グルーブ記録方式を採用してトラックピッチを縮めることにより記録密度を向上させ、高容量化を実現している。
【０００６】
ランド・グルーブ記録方式を採用した場合、光源に対して凸となっているグルーブと、凹となっているランドのそれぞれに記録マークを書き込むため、記録密度を向上させることができる一方、隣接トラックへの書き込みによる記録マークの変形（クロスライト）や消去（クロスイレーズ）が起こりやすくなる。
【０００７】
このようなクロスライトやクロスイレーズを低減するための方法として、以下の特許文献１に、波長λのレーザを用い、ディスク基板の屈折率をｎとした場合に、グルーブ溝深さｄが、
λ／（６ｎ）≦ｄ≦λ／（５．３ｎ）
を満たすように設計することが記載されている。
【特許文献１】特開平９−１９８７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、今後さらに高容量化に向かう光ディスクにおいては、ランドおよびグルーブのピッチが非常に小さくなると考えられ、ランド・グルーブ記録方式を用いた場合これまで以上にクロスライト、クロスイレーズの抑制が困難になる。また、レーザをフォーカスさせたときのランドとグルーブでの電界密度分布の違いも明らかになっており、記録膜の着き方も違うことから、ランドとグルーブの記録再生特性は異なり、成膜方法やドライブの設計が難しくなる。
【０００９】
さらに、アドレスをウォブル方式で記録しようとした場合、基板作成が難しくなる他、従来のＤＶＤにおけるグルーブ記録方式と比して記録パワーマージンの確保が難しくなる。
【００１０】
したがって、この発明は、記録・再生特性に優れ、かつ高容量の光ディスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明の第１の態様は、ランド、グルーブに対応する凹凸パターンを有する透明基板上に相変化記録膜を有し、光源に対して凸となっているグルーブにレーザを照射することにより情報の記録・再生がなされる光ディスクであって、グルーブ間の幅が０．４０μｍ〜０．４４μｍであり、グルーブの溝深さが２０ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする光ディスクである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、現行のＤＶＤと同様の直径１２０ｍｍの単層ディスクを、グルーブ記録方式を用いて１５ＧＢ以上の記録容量を有する高容量記録媒体とすることができる。また、グルーブ記録方式を用いるため、膜構成や記録パワーマージンの確保、ウォブルアドレスを入れる場合等の基板作製、記録再生用ドライブの設計・作製などがさらに容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、グルーブが形成された相変化型の光ディスクを作製する。
【００１４】
［レジスト層露光工程］
図１に示した光学的記録装置は、ディスクスタンパを作製するために、レジスト基板１の上に成膜されたレジスト層２を露光して、レジスト層２にグルーブの潜像を形成するためのものである。
【００１５】
この光学的記録装置は、参照符号５で示されるレーザ（露光光源）と、参照符号２０で示される移動光学テーブルと、参照符号３で示されるターンテーブルと、参照符号４で示されるスピンドルサーボとからなる。
【００１６】
レーザ５はレーザ光を出射し、レジスト層２を露光してグルーブの潜像を形成するためのものであり、任意のものが使用可能であるが、短波長のレーザ光を出射するものが好ましい。具体的には、例えば、波長λが３５１ｎｍのレーザ光を出射するＫｒレーザなどが好適である。
【００１７】
移動光学テーブル２０は、主に音響光学偏向器（ＡＯＤ：Acoustic Optical Deflector）７と、２つのウェッジプリズム６とからなる。音響光学偏向器７およびウェッジプリズム６は、平行ビームのまま入射して来たレーザ光と格子面とがブラッグの条件を満たすと共に、通過した露光ビームのビーム水平高さが変わらないように配置されている。また、移動光学テーブル２０の位置はポジションセンサ１１によって検出され、この位置情報を元に送りサーボ１３およびエアスライダ１４の動作を制御し、所望のタイミングおよびピッチで露光を行って、グルーブパターンの潜像をレジスト層２に露光することができる。
【００１８】
音響光学偏向器７は、入射したレーザビームを所望する露光パターンに対応するように光学偏向を施すものである。ここで、音響光学偏向器７に使用される音響光学素子としては、例えば、酸化テルル（ＴｅＯ2）が好適である。
【００１９】
音響光学偏向器７には、この音響光学偏向器７を駆動するための駆動用ドライバ８が取り付けられている。駆動用ドライバ８には、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）９からの高周波信号が供給される。そして、レジスト層２の露光時には、所望の露光パターンに応じた信号が電圧制御発振器９から駆動用ドライバ８に入力され、当該信号に応じて駆動用ドライバ８によって音響光学偏向器７が駆動される。これにより、露光ビームに対して光学偏向が施される。
【００２０】
音響光学偏向器７は、ブラッグ回折における一次回折光強度が超音波パワーにほぼ比例することを利用したものであり、ブラッグ回折を実現するために、ブラッグ条件；２ｄｓｉｎθ＝ｎλ（ｄ：格子間隔、λ：レーザ光波長、θ：レーザ光と格子面のなす角、ｎ：整数）を満たすように、レーザ光の光軸に対する音響光学偏向器７の位置関係および姿勢を設定する。
【００２１】
また、レーザスケール１２により検知される波長を基準として、送りサーボ１３およびエアスライダ１４の動作が制御される。
【００２２】
ターンテーブル３はレジスト層２に対して露光する際、レジスト基板１をターンテーブル３上に取り付け、レジスト層２の全面にわたって所望のパターンでの露光がなされるようにレジスト基板１を回転させると共に、径方向に移動させるものである。
【００２３】
上述のような光学的記録装置を用いて、レジスト基板１の表面にグルーブに対応した凹凸パターンを露光する。露光の工程を以下に示す。
【００２４】
最初に、表面が十分に平滑化されたガラス原盤上にスパッタリング等によりレジスト層を成膜し、レジスト基板１を作製する。次いでこのレジスト基板１を、図１に示される光学的記録装置のターンテーブル３にレジスト層２が上側になるようセットする。
【００２５】
レーザ５より出射されたレーザ光は平行ビームのまま直進し、ミラーＭ１およびミラーＭ２で反射されて向きを変えて、移動光学テーブル２０へと導かれる。
【００２６】
移動光学テーブル２０内に入射した露光ビームは、ウェッジプリズム６を介して音響光学偏向器７に入射し、この音響光学偏向器７によって、所望する露光パターンに対応するように光学偏向が施される。
【００２７】
次いで、光学偏向が施された露光ビームは、ウェッジプリズム６を介してビームエキスパンダー（ＢＥＸ）１０に入射し、所定のビーム径とされた上でミラーＭ３によって反射される。その後露光ビームは集光レンズＬ１へと導かれ、当該集光レンズＬ１によってレジスト層２上に集光され、グルーブパターンの潜像がレジスト２の全面にわたって形成される。
【００２８】
今回の光ディスクではトラックピッチが０．４０μｍ〜０．４４μｍ、基板溝深さが２０ｎｍ〜５０ｎｍとなるようにパターンの形成を行う。また、一例として、集光レンズＬ１の開口数ＮＡを０．９とする。
【００２９】
［レジスト層現像工程］
次に、レジスト基板の現像を行う。図示しない現像機を用い、レジスト基板をレジスト層が上部になるように現像機のターンテーブルに載置して、当該レジスト基板を水平面に対して回転させる。この後、レジスト層上に現像液を滴下して、当該レジストを現像処理する。これにより、レジスト基板の信号形成面に記録信号に基づく凹凸パターンが形成される。
【００３０】
ここで、現像液としては酸またはアルカリ等の液体を用いることができる。現像に用いられるアルカリ溶液としてはテトラメチルアンモニウム水酸化溶液、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｎａ2ＣＯ3等があり、酸性溶液としては塩酸、硝酸、硫酸、燐酸等が挙げられる。これらの中から任意のものを使用すればよい。
【００３１】
［光記録媒体製造用原盤の作製］
現像したレジスト基板の凹凸パターン上に、無電界メッキ法等によりニッケル皮膜でなる導電化膜層を形成する。導電化膜層が形成されたレジスト基板を電鋳装置に取り付け、電気メッキ法により導電化膜層上に３００±５［μｍ］程度の厚さになるようにニッケルメッキ層を形成する。
【００３２】
続いて、ニッケルメッキ層が形成されたレジスト基板からニッケルメッキ層をカッター等で剥離し、そのニッケルメッキ層信号形成面に付着したレジストをアセトン等を用いて洗浄し、光記録媒体製造用原盤（以下、ディスクスタンパと適宜称する）を作製する。
【００３３】
次に、上述のディスクスタンパを用いて、ポリカーボネート（ＰＣ）の透明樹脂により射出成型を行い、グルーブパタ−ンに対応する微小な凹凸が転写された０．６ｍｍ厚のディスク基板を作製する。
【００３４】
さらに、図２に示すように、ディスクスタンパの表面形状が転写されてなるディスク基板３１上に記録層３２、保護層３３を形成する。記録層３２は、ディスク基板３１の凹凸パターンが形成された面上に、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる第１の誘電体膜３２ａ、ＧｅＳｂＴｅからなる相変化記録膜３２ｂ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2からなる第２の誘電体膜３２ａ、Ａｇ合金からなる反射膜３２ｃを形成してなる。その後、記録層３２上に紫外線硬化樹脂をスピンコートにより塗布し、紫外線硬化樹脂に対して紫外線を照射して硬化させることにより、保護層３３を形成した。さらに、保護層３３のうえに接着層３４を形成し、片面１層ディスクの場合は０．６ｍｍ厚の透明樹脂からなる、グルーブの形成されていないダミー基板３５を貼り合わせることにより、１．２ｍｍ厚の光ディスクを作製する。
【００３５】
以上の工程により、厚さ０．６ｍｍの透明ディスク基板を使用する書き換え型光ディスク、または追記型光ディスクを作製する。この光ディスクの記録再生には、開口数ＮＡが０．６５の対物レンズおよび波長４０５ｎｍ近傍の青色レーザを用いた光学系を使用し、ディスク基板側からレーザ光を照射して相変化方式によりデータの記録、再生および消去を行う。
【実施例】
【００３６】
以下、上述の光ディスクおよび光学系を用いたときの最適なディスク設計を行う。記録符号化方式として１−７ＰＰを用い、線密度０．１４６μｍでデータの記録を行った後、各実施例にてディスクの特性を計測する。
【００３７】
（１）正規化プッシュプル信号の測定
上述の光ディスクにおいて、トラックピッチが０．４０μｍ、０．４２μｍ、０．４４μｍであり、またそれぞれについて溝深さが２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍである試験用光ディスクを作製した。この試験用光ディスクにおいて、正規化プッシュプル信号を測定した。ここで、正規化プッシュプル信号とは、ディスクにフォーカスをかけた状態で通常のプッシュプル信号を反射レベルで規格化したものである。
【００３８】
図３に、正規化プッシュプル信号の測定の結果を示す。
【００３９】
参照符号４１で示すのは、グルーブ溝深さが２０ｎｍの場合の正規化プッシュプル信号のグラフであり、参照符号４２はグルーブ溝深さが２５ｎｍ、参照符号４３はグルーブ溝深さが３０ｎｍの場合の正規化プッシュプル信号のグラフである。
【００４０】
通常、安定したトラッキングを得るためには、正規化プッシュプル信号が２０〜２５％以上であることが必要である。図３から分かるように、正規化プッシュプル信号を２５％で切ると、トラックピッチが０．４０μｍの場合は溝深さが２５ｎｍ以上、トラックピッチが０．４２μｍ以上の場合は溝深さが２０ｎｍ以上であればよく、トラックピッチが０．４０μｍ以上の場合、グルーブ溝深さが２０ｎｍ以上であればほぼ安定してディスクの再生を行うことができることがわかる。
【００４１】
（２）ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio：搬送波対雑音比）の測定
トラックピッチを０．４２μｍ、グルーブ溝深さを３２ｎｍ、３７ｎｍ、４２ｎｍ、５０ｎｍとした試験用ディスクをそれぞれ作製し、それぞれの試験用ディスクに２Ｔまたは８Ｔの信号を記録して再生したときのＣＮＲ［ｄＢ］を測定する。ＣＮＲは以下の式により求められる。
ＣＮＲ［ｄＢ］＝１０ｌｏｇ（ＰC／ＰN）
ここで、ＰCは搬送波電力［Ｗ］、ＰNは雑音電力［Ｗ］を示し、ＣＮＲの数値が大きいほど良好な状態である。
【００４２】
図４に、ＣＮＲの測定の結果を示す。なお、参照符号５１は８Ｔの信号を再生した場合のＣＮＲを示すグラフであり、参照符号５２は２Ｔの信号を再生した場合のＣＮＲを示すグラフである。
【００４３】
図４から分かるように、グルーブ溝深さが深くなるにつれてＣＮＲは低下している。これは主に信号のキャリアレベルが低下することによる。一般的にトラッキングエラー信号を作るプッシュプル信号は溝深さが光学的にλ／８（λ：波長）のとき最大になる。今回は波長λ＝４０５［ｎｍ］であり、ＰＣの屈折率ｎ＝１．５であるため、深さが４０５／８／１．５≒３４ｎｍの時にプッシュプル信号が最大になる。
【００４４】
一方、記録マークのキャリアレベルは浅い時に大きく、深さλ／４で最小になる。よってグルーブ溝深さは、プッシュプル的にもキャリアレベル的にも、十分な信号が得られる深さにする必要がある。
【００４５】
ＣＮＲは４１ｄＢ以上であれば、実用上再生に問題がないとされている。１−７ＰＰ方式の最短マーク長は２Ｔであるため、ＣＮＲが２Ｔ信号で４１ｄＢ以上得られている５０ｎｍ以下であることが望ましいと考えられる。また、実施例（１）の測定から、グルーブ溝深さは２０ｎｍ以上で安定した再生が可能であることがわかっているため、グルーブ溝深さは２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が望ましい。
【００４６】
（３）ラジアルチルトマージンの測定
トラックピッチを０．４０μｍ、０．４２μｍ、０．４４μｍ、０．４６μｍ、０．４８μｍ、０．５０μｍとした試験用光ディスクのジッタのラジアルチルト依存性を測定し、それぞれの試験用ディスクについてラジアルチルトマージンを測定する。
【００４７】
図５に、ラジアルチルトを変化させたときのジッタ値を示す。参照符号６１で示すのはトラックピッチが０．４０μｍの場合の測定値であり、参照符号６２はトラックピッチ０．４２、参照符号６３はトラックピッチ０．４４、参照符号６４はトラックピッチ０．４６、参照符号６５はトラックピッチ０．４８、参照符号６６はトラックピッチ０．５０の場合の測定をそれぞれ示す。
【００４８】
ディスク再生時の安定性から考えると、ジッタは１５％以下であるのが望ましい。そこで、図５に示す測定値のジッタを１５％で切ったときのラジアルチルトマージンを、図６に示す。なお、図６のラジアルチルトマージンは、それぞれのトラックピッチについて示す。ラジアルチルトマージンは最低でも±０．５度以上は必要であると考えられる。図６から、このシステムにおいて、ラジアルチルトマージンはそれほど広くないことがわかる。よって、例えばシステムにチルトサーボ機構を組み込むなどして、自動制御させることが有効である。
【００４９】
（４）記録パワーマージンの測定
トラックピッチが０．４２μｍ、基板溝深さが２５ｎｍであり、記録時のレーザのパワーを変えてデータを記録した試験用光ディスクのそれぞれについて、リミットイコライザを用いてジッタ［％］を測定し、ディスクを安定して再生することが可能なジッタ値の範囲内での記録パワーマージンを測定する。
【００５０】
図７に、それぞれの記録パワーでのジッタの測定結果を示す。
【００５１】
実施例（３）と同様に、ジッタ１５％で切ると、記録パワーは４．８〜１３．４ｍＷの範囲（９．１±４．３ｍＷ）で好適にデータの記録が可能であり、トラックピッチ０．４２μｍ、基板溝深さ２５ｎｍの光ディスクにおいては±４５％以上の広い記録パワーマージンがあることがわかる。特に、ジッタ値が約６％以下となる記録パワー７．０〜９．０ｍＷは最も適した範囲であることがわかる。
【００５２】
記録パワーマージンは通常２０％程度あればよいため、今回用いた光ディスクのパワーマージンは非常に広く余裕があり、記録特性に優れていることが分かる。
【００５３】
（５）記録容量およびビットエラーレートの測定
トラックピッチを０．４２μｍ、グルーブ溝深さを２５ｎｍとし、線密度を０．１２１μｍ〜０．１６３μｍまで変化させてデータを記録した試験用ディスクを用いてビットエラーレートの測定を行う。今回の測定では、デコーディングにはＰＲ（１，２，１）を用いる。
【００５４】
図８に、ビットエラーレートの測定の結果を示す。
【００５５】
図８より、線密度０．１３０μｍ程度でもビットエラーレートは１×１０-7という低い値を得ることができることがわかる。ここで、トラックピッチを０．４２μｍ、線密度を実施例（１）〜（４）と同様の０．１４６μｍとして直径１２０ｍｍの試験用単層ディスクを作製し、記録容量を測定したところ、記録容量は１４．６ＧＢであった。
【００５６】
このため、今回の実施例（１）〜（４）で用いた０．１４６μｍが線密度的に限界ということは全くなく、線密度をより高くしてさらに高容量の光ディスクを作製することも可能である。また、今回はＰＲ（１，２，１）を用いてデコーディングしているが、実際にはさらに進んだＰＲ（１，２，２，１）や次世代高容量光ディスクであるＨＤ（High Definition）−ＤＶＤでも検討されているＰＲ（１，２，２，２，１）を用いることが考えられ、線密度はさらに高くする事が可能である。
【００５７】
さらに、ターボやＬＤＰＣ（Low Density Parity Check：低密度パリティ検査符号）といった誤り訂正符号を用いた高密度信号処理技術を用いることは非常に効果的である。これらの技術を用いることにより、線密度は０．１０μｍ程度にすることが可能となる。このとき容量は直径１２０ｍｍの単層ディスクで２１．３ＧＢ、直径１２０ｍｍの２層ディスクで４０ＧＢ以上が可能になる。
【００５８】
このように、グルーブ記録方式を用いた場合であっても、高容量の光ディスクを作製することが可能であり、またランド・グルーブ記録方式と比してディスク特性の向上や、基板やドライブの作製を容易にすることができる。
【００５９】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００６０】
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【００６１】
また、この発明は片面単層ディスクのみでなく、２層の書き換え型および追記型ディスクにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明を適用した光ディスクのディスクスタンパを作製するための光学記録装置の構成を示す略線図である。
【図２】この発明を適用した光ディスクの構造を示す断面図である。
【図３】この発明を適用した光ディスクを用いた正規化プッシュプル信号の測定結果を示すグラフである。
【図４】この発明を適用した光ディスクを用いたＣＮＲの測定結果を示すグラフである。
【図５】この発明を適用した光ディスクを用い、ラジアルチルトを変化させたときのジッタ値の測定結果を示すグラフである。
【図６】この発明を適用した光ディスクを用いた場合のラジアルチルトマージンの測定結果を示すグラフである。
【図７】この発明を適用した光ディスクを用い、記録パワーを変化させたときのジッタの測定結果を示すグラフである。
【図８】この発明を適用した光ディスクを用い、線密度を変化させてデータを記録した場合のビットエラーレートの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・レジスト基板
２・・・レジスト層
３・・・ターンテーブル
４・・・スピンドルサーボ
５・・・レーザ
６・・・ウェッジプリズム
７・・・音響光学偏向器
８・・・駆動用ドライバ
９・・・電圧制御発振器
１０・・・ビームエキスパンダー
１１・・・ポジションセンサ
１２・・・レーザスケール
１３・・・送りサーボ
１４・・・エアスライダ
２０・・・移動光学テーブル
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３・・・ミラー
Ｌ１・・・集光レンズ
３１・・・ディスク基板
３２・・・記録層
３２ａ・・・誘電体膜
３２ｂ・・・相変化記録膜
３２ｃ・・・反射膜
３３・・・保護層
３４・・・接着層
３５・・・ダミー基板
【図１】
2006277879.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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