(57)【要約】本発明は、レーザービームにより情報を記録するためのマルチスタック光学情報担体に関するものである。このマルチスタック光学記録担体は、基板層（Ｓ）と、少なくとも２つの記録スタック（Ｌ１，Ｌ２）と、これら記録スタック（Ｌ１，Ｌ２）を互いに分離する少なくとも１つのスペーサ層（Ｒ）と、カバー層（Ｃ）とを有する。各記録スタックは、記録層（Ｐ１，Ｐ２）と、少なくとも１つのヒートシンク層（Ｈ１〜Ｈ４）と、前記記録層（Ｐ１，Ｐ２）及び前記少なくとも１つのヒートシンク層（Ｈ１〜Ｈ４）間の誘電体層（Ｉ）とを有する。書き込み処理中の感度を、好ましくは第１記録スタック（Ｌ１）において向上させるために、本発明により、前記記録スタック（Ｌ１，Ｌ２）の少なくとも１つが、さらに、記録中に当該少なくとも１つの記録スタック（Ｌ１）の感度を向上させる温度依存光学特性を有する少なくとも１層のサーモクロミック層（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を具えるようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームにより情報を記録するためのマルチスタック光学情報担体であって、
基板層と、
各段が、それぞれ、記録層と、少なくとも１層のヒートシンク層と、前記記録層及び前記少なくとも１層のヒートシンク層間の誘電体層とを有する少なくとも２段の記録スタックと、
これら少なくとも２段の記録スタックを互いに分離する少なくとも１層のスペーサ層と、
カバー層と
を有するマルチスタック光学情報担体において、
少なくとも１段の前記記録スタックが、さらに、温度依存光学特性を有する少なくとも１層のサーモクロミック層を具え、記録中に少なくとも１段の記録スタックの感度を向上させるようにしたことを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記少なくとも１層のサーモクロミック層が、温度依存吸収特性を有することを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項３】
請求項２に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記サーモクロミック層が、シアニン又はフタロシアニン色素とするのが好ましいサーモクロミック色素から主として形成されていることを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項４】
請求項１に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記少なくとも１層のサーモクロミック層が、温度依存反射特性を有することを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項５】
請求項４に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記サーモクロミック層が、主として二酸化バナジウムから形成されていることを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項６】
請求項１に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記記録スタックの各段が、少なくとも１層のサーモクロミック層を有することを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項７】
請求項１に記載のマルチスタック光学情報担体において、
少なくとも１段の前記記録スタックが、前記記録層の両側にサーモクロミック層と、これらサーモクロミック層を当該記録層から分離する誘電体層とを有することを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項８】
請求項１に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記記録層が相変化材料から形成されていることを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【請求項９】
請求項１に記載のマルチスタック光学情報担体において、
前記記録層が、ライトワンス材料から形成されていることを特徴とするマルチスタック光学情報担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームにより情報を記録するためのマルチスタック光学情報担体であって、
基板層と、
各段が、記録層と、少なくとも１層のヒートシンク層と、前記記録層及び前記少なくとも１層のヒートシンク層間の誘電体層とを有する少なくとも２段の記録スタックと、
これら少なくとも２段の記録スタックを互いに分離する少なくとも１層のスペーサ層と、
カバー層と
を有するマルチスタック光学情報担体に関するものである。
【０００２】
このようなマルチスタック光学情報担体は、例えば米国特許第6,190,750号明細書から既知である。このような光学情報担体は、ＤＶＤ又はＤＶＲ技術における記録可能（ライトワンス）又は書き換え可能な（複数回書き込み処理ができる）情報担体として、例えば、相変化材料層を２層有する２層ディスクとして利用される。光学情報担体では、記録層を２層より多くする、即ち多数の記録スタックを互いに積層することもできるし、相変化材料以外の記録材料を用いることもできる。
【０００３】
このような光学情報担体では、記録層は、Ge2 Sb2 Te5 合金、SbTe合金等のカルコゲニド合金のような相変化材料から形成されている。その他の有用な合金としては、In-Sb-Te、Te-Se-Te、Ag-In-Sb-Te、Ge-In-Sb-Te又はGe-Teがある。特に有用な化合物は、国際公開パンフレットＷＯ01/13370及びＷＯ97/50084の明細書に開示されている。これらの材料においては、相変化材料が、結晶相及び非晶相を取りうることを特徴としている。非晶相は、収束したレーザービームにより初期結晶相の記録層をその溶融温度を超える温度まで加熱し、その後急冷することにより得られる。結晶相は、収束したレーザースポットにより非晶質材料をガラス転移温度を超える温度まで加熱し、相変化材料を再結晶化させることにより得られる。これらの相変化は可逆的であるため、この材料を複数の書き込みサイクルに適したものとする。書き込みサイクルを１回にすることもできる。高い（書き込み用）レーザー出力及び低い（消去用）レーザー出力のレーザーパルス列を適用することにより、二進データを表す非晶相のマーク部及び結晶相のスペース部が交互になった配列が得られる。非晶相及び結晶相の光学的特性の違いによりデータを読み出すことができる。この種の相変化材料は、ライトワンスディスクに利用することもできる。初期の状態の相変化材料は、堆積した状態で非晶相又は結晶相にすることができ、書き込みマークの相はその逆のものとなる。このことは、非晶相のマークは、相変化層を溶融―急冷処理することにより書き込みうることを意味する。結晶相のマークは初期非晶相の材料を結晶化することにより書き込むことができる。
【０００４】
２段スタックの情報担体では、双方の情報（記録）層の書き込み及び読み出し処理が同じ光学レーザビームにより行われる。深い方の記録スタック（第２記録スタック）に光学的にアクセスするために第１記録スタックを半透明にする必要がある。深い方の記録スタックにデータを書き込みうるようにするには、第１記録スタックの透過率を約５０％にする必要がある。第１記録スタックの反射率が１０％である場合、入射光の約４０％が吸収される。５０％の透過率は、記録スタックから厚肉の金属ヒートシンク層を省略した場合にのみ得られる。これら厚肉の金属ヒートシンク層は、通常の相変化記録スタックに代表的に使用されるものである。厚肉の金属ヒートシンク層を省略することにより冷却速度が遅くなる。１０ｎｍの厚さのAg層のような薄肉の金属層、即ち半透明のヒートシンク層を付加することにより熱応答性を向上させることができる。これら半透明のヒートシンク層を付加することにより冷却速度は著しく向上するが、吸収率は依然として４０％のままである。その結果、相変化層を溶融―急冷処理して結晶相の層に非晶相のマークを書き込むには、レーザー出力をより大きくする必要がある。半透明のヒートシンク層の熱伝導度を、単一スタックの相変化式ディスクに代表的に使用されているZnＳ-SiＯ2 の約５倍にした場合、代表的には書き込み出力を２倍にする必要がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、特に第１記録スタックにおける書き込み処理中の感度を向上させたマルチスタック光学情報担体を提供することにある。
【０００６】
この目的は、本発明によれば、請求項１に記載したマルチスタック光学情報担体であって、少なくとも１段の前記記録スタックが、さらに、温度依存光学特性を有する少なくとも１層のサーモクロミック層を具え、記録中に少なくとも１段の記録スタックの感度を向上させるようにしたことを特徴とするマルチスタック光学情報担体により達成される。
【０００７】
本発明は、第１記録スタックにデータを書き込んだ際、即ち第１記録スタックの相変化記録スタック上にレーザービームを集束させた場合にのみサーモクロミック層の存在が検出されるようにするという着想に基づいて成したものである。２段スタック光学記録担体を一例としてより詳細に検討するに、このような２段スタック光学記録担体は２つの記録スタックを有し、これらスタックは、約１０〜１００μｍの厚さのスペーサ層により離間されている（薄い方の厚さはＢＤ（従来のＤＶＲシステム）のような高密度情報担体に用いられ、熱い方の厚さは例えばＤＶＤ２段スタックディスクに用いられる）。深い方の記録スタックに入射レーザービームを集束させた一方の状態においては、第１記録スタックは、集束されてないレーザービームを受ける。この場合も第１記録スタックの吸収率は依然として４０％であるが、光学エネルギーは極めて広い領域に亘って広がる。従って、光学エネルギー密度は、この第１記録スタックが事実上加熱しない程度の低さになる。この状況において、付加したサーモクロミック層は低温のままに維持され、サーモクロミック層の光学的特性が顕著に変化することはない。
【０００８】
レーザービームを第１記録スタック上に集束させた他方の状態では、光学スポットの回折が制限されるために光学エネルギー密度は著しく高くなる。この場合、吸収されるレーザー出力、即ち入射光の４０％が極めて狭い領域に集中するため、これに対応する温度の上昇は容易に相変化材料の溶融温度に達する。相変化層の近傍にサーモクロミック層が配置されていれば、このサーモクロミック層の温度も（１００〜２００℃に）著しく上昇する。この温度上昇は、このサーモクロミック層の光学的特性を著しく変化させるのに充分なものである。このことにより、サーモクロミック層の反射率又は吸収率が増大する。サーモクロミック層の吸収率が増大することにより温度が上昇する。このようにして、第１記録スタックを加熱してデータの書き込み及び消去処理を行うのに、レーザー出力をより多く有効に利用しうるようにする自己強化作用が達成される。
【０００９】
マルチスタック光学情報担体の好適例は、特許請求の範囲の従属項に規定されている。第１の例においては、サーモクロミック層が、温度依存吸収特性を有するようにし、この場合、層の材料としてサーモクロミック色素材料、特にシアニン又はフタロシアニン色素を用いるのが好ましい。他の例によれば、サーモクロミック層が、温度依存反射特性を有するようにし、この場合、層の材料として二酸化バナジウムを用いるのが好ましい。
【００１０】
各記録スタックが、少なくとも１層のサーモクロミック層を有する例によれば、書き込み処理中の感度を更に向上させることができる。さらに、他の例では、少なくとも１つの記録スタックが、少なくとも２層のサーモクロミック層を有するようにする。即ち、記録層のそれぞれの側に１層のサーモクロミック層を設けるとともに、これらサーモクロミック層を誘電体層により記録層から離間する。この場合、各記録スタックが、このように配置した２層のサーモクロミック層を有するようにすることもできる。
【００１１】
本発明を、図面を参照してより詳細に説明する。
図１は、本発明による２層情報担体の第１の実施例を示す線図的断面図である。図示する２層情報担体は、レーザー光Ｌが入射する頂部から底部に向かって、
保護用のカバー層Ｃと、
例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、窒化アルミニウム（AlＮ）又は窒化ハフニウム（HfＮ）から形成された第１透明ヒートシンク層Ｈ１と、
例えば、Ta2 Ｏ5 、ZnＳ-SiＯ2 又はTiＯ2 から形成された干渉層としての誘電体層Ｉと、
例えば、サーモクロミック色素から形成された吸収層としての第１サーモクロミック層Ｔ１と、
誘電体層Ｉと、
例えば、Ge2Sb2Te5 又はドープしたSbTeから形成された第１相変化記録層Ｐ１と、
誘電体層Ｉと、
第２サーモクロミック層Ｔ２と、
誘電体層Ｉと、
第２ヒートシンク層Ｈ２と、
２つの記録スタックを光学的及び熱的に分離するスペーサ層Ｒ（１０〜１００μｍ）と、
誘電体層Ｉと、
第３ヒートシンク層Ｈ３と、
誘電体層Ｉと、
第３サーモクロミック層Ｔ３と、
誘電体層Ｉと、
第２相変化記録層Ｐ２と、
誘電体層Ｉと、
吸収層としての第４サーモクロミック層Ｔ４と、
誘電体層Ｉと、
半透明にする必要がなく、金属、例えばAg又はAlから形成することができる第４ヒートシンク層Ｈ４と、
例えば、ポリカーボネートからなる基板Ｓと
を有する構成となっている。
【００１２】
上述したように、レーザービームＬを第２記録スタックＬ２上に集束させた場合、入射したレーザービーム出力の依然として５０％が下側の第２記録スタックＬ２への書き込み処理に利用可能である。その理由は、サーモクロミック層Ｔ１及びＴ２の透過率は、約１００℃の温度までは充分に高いためである。しかし、レーザービームＬを上側の記録スタックＬ１上に集束させた場合には、付加されているサーモクロミック層Ｔ１及びＴ２を含む上側記録スタックＬ１の温度が上昇する。このことにより、サーモクロミック層の光学的な特性が著しく変化し、サーモクロミック層Ｔ１及びＴ２の反射率又は吸収率が高まることにより記録スタックＬ１の吸収率が増大する。従って、第１記録層Ｐ１を加熱して自己強化作用を得るために多くのレーザー出力が多く有効に利用される。
【００１３】
相変化記録層Ｐ１とサーモクロミック層Ｔ１及びＴ２との間の誘電体層Ｉの厚さは、これら誘電体層に跨がる温度降下によりサーモクロミック層Ｔ１及びＴ２の温度上昇が最適になり最適な吸収が得られるように選択することができる（つまり、サーモクロミック層の分解を防止するため温度が２５０℃を超えないようにする必要がある）。本発明をライトワンスのディスクに用いた変形例では、サーモクロミック層の分解は問題にならずこれらのより高い温度も許容しうる。さらに、記録スタック中の他の層も同様に、スタック全体の熱応答に影響するため、これら他の層の厚さ及び熱的特性を、サーモクロミック層の温度上昇が確実に最適になるよう慎重に選択する必要がある。
【００１４】
上述した例は、例えば、上側の記録スタックＬ１にのみ１層又は２層の図示するような付加的なサーモクロミック層を設け、下側の記録スタックＬ２にはこれを設けないようにすることにより変形することができる。或いは又、記録スタックを２つよりも多く設けることもできる。さらに、記録層Ｐ１，Ｐ２の各側に設けられている誘電体層Ｉを省略することもできる。
【００１５】
本発明による光学情報担体の第２の実施例を、図２に断面図として線図的に示す。この例でも２つの記録スタックＬ１及びＬ２が設けられており、これら記録スタックＬ１及びＬ２は、それぞれ１層の付加的なサーモクロミック層Ｔ１及びＴ２を有している。本例において、サーモクロミック層Ｔ１及びＴ２は、温度依存反射特性を呈するように、即ち温度の上昇に伴いサーモクロミック層Ｔ１及びＴ２の反射率が増大するように構成されている。このようなサーモクロミック層の材料としては二酸化バナジウムＶＯ2 を用いるのが好ましい。
【００１６】
シアニン及びフタロシアニン色素をそれぞれ用いた２種類のディスク（ＣＤ-Ｒ）の温度依存吸収率を調べた。フタロシアニン色素の温度依存吸収率を図３に示す。ＤＣ（直流）書き込み中及びＤＣ書き込み後の反射率が、連続して変化させた書き込み出力の関数として示されている。反射率が可逆的に降下する出力範囲が明確に観察される。このことは、高温での書き込み処理中には記録スタックの吸収率が著しく増大するが、レーザースポットが通過した後で記録スタックが冷えた後には反射率が（室温における）最初の値に戻ることを表わしている。
【００１７】
フタロシアニン色素に対する温度の関数としての反射率の変化についても測定した（図４参照）。測定実験はＮ2 及びＯ2 の環境内で行った。２つの現象を明確に確認しうる。温度の上昇に伴う吸収率の増加により、反射率が可逆的に徐々に減少している。さらに、色素の不可逆的な分解が約２７５℃付近で起きている。
【００１８】
これら図３及び４の双方に示される結果は、色素の吸収率が温度依存性であることを示している。ＩＰＩの相変化スタックに色素層を用いてＩＰＩ−色素の相変化スタックにした場合、高温になると色素層はレーザー光を吸収し始める。再書き込み可能なフォーマットに利用する場合に色素層の劣化を防止するには、記録層（Ｐ）とサーモクロミック色素層（Ｔ）との間の誘電体層の厚さは、１０〜２００ｎｍ、特に３０〜１００ｎｍの範囲にするのが好ましい。
【００１９】
他の実施例においては、色素層をサーモクロミック反射体として用いる。この場合、高温になると屈折率が変化することにより記録層の吸収率が増大する。光学的な解析によりこのことが分かる。
【００２０】
ライトワンス型のＰＣディスクに付加色素層を設け、ＩＰＩ−色素層−スペーサ層−ＩＰＩ−色素層−（以下同様の繰り返し）、或いは色素層−ＩＰＩ−色素層−スペーサ層−色素層−ＩＰＩ−色素層−スペーサ層−（以下同様の繰り返し）からなるマルチスタックディスクを得ることもできる。
【００２１】
記録層と色素層との間の誘電体層の厚さは０〜５０ｎｍの範囲にするのが好ましく、この場合色素層の劣化が許容しうるものになる。
【００２２】
図５は、記録スタックの加熱及び冷却中に測定したＩＰＩ−色素のスタックの温度依存反射率を示すグラフである。この測定により、サーモクロミック層により生ずるスタックの光学的特性の可逆的変化が明確に観察される。図５には、正規化した反射率１及び正規化した透過率２の測定結果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明による光学情報担体の第１の実施例を示す線図的断面図である。
【図２】図２は、本発明による光学情報担体の第２の実施例を示す線図的断面図である。
【図３】図３は、ＤＣ（直流）書き込み処理中及びＤＣ書き込み後の反射率を、ＤＣ出力の関数として２種の書き込み速度に対して示すグラフである。
【図４】図４は、フタロシアニン色素の反射率を温度の関数として示すグラフである。
【図５】図５は、ＩＰＩ−色素のスタックの反射率の温度依存性を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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