(57)【要約】  本発明の目的は、ディスク内に導入された超解像近接場構造を用いることによって、レーザービームの再生分解能の限界以下サイズのマーク（ピット）を再生しうる高密度再生専用光ディスクを提供することである。このような目的を達成するための本発明の高密度再生専用光ディスクは、ピットが形成されている基板と、結晶質再生補助層と、第１誘電体層と、金属酸化物を含むマスク層と、を備える。この高密度再生専用光ディスクは、比較的短波長のレーザーに対する必要性を除去し、また大きな開口数を有する対物レンズの必要性を減少させる。
2007507829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピットが形成されている基板と、
結晶質再生補助層と、
第１誘電体層と、
金属酸化物を含むマスク層とを備え、
前記層は、前記基板上に順次に積層されている高密度再生専用光ディスク。
【請求項２】
前記結晶質再生補助層は、Ｓｂ、Ｔｅ、またはこれらの組合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項３】
前記結晶質再生補助層は、ＳｂまたはＳｂ２Ｔｅ３を含むことを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項４】
前記金属酸化物は、ＰｔＯｘ、ＰｄＯｘ、ＡｕＯｘ、ＡｇＯｘまたはこれらの混合物（ｘは正数）を含むことを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項５】
前記基板と結晶質再生補助層との間に第２誘電体層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項６】
前記金属酸化物は、ＰｔＯｘ（ｘは正数）であることを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項７】
前記マスク層上に第３誘電体層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項８】
前記誘電体層は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＯｘまたはＡｌＮｘ（ｘは正数）のうち、何れか１つからなることを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項９】
請求項１に記載の高密度再生専用光ディスクに記録された情報をプラズモンによる超解像構造により再生する再生方法。
【請求項１０】
請求項１ないし８のうち何れか一項に記載の高密度再生専用光ディスクに記録された情報をプラズモンによる超解像構造により再生する再生装置。
【請求項１１】
前記誘電体層は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＯｘまたはＡｌＮｘ（ｘは正数）のうち、何れか１つからなることを特徴とする請求項５に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項１２】
前記誘電体層は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＯｘまたはＡｌＮｘ（ｘは正数）のうち、何れか１つからなることを特徴とする請求項７に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項１３】
前記基板は、記録レーザーの波長範囲での高い透明度、効果的な耐衝撃性、耐熱性、耐環境性を有し、かつ成形可能な材料からなることを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項１４】
前記基板は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、エポキシ、ポリエステル、非晶質ポリオレフィン、またはこれらの組合わせのうち何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項１５】
前記マスク層は、還元された金属粒子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項１６】
前記マスク層は、約１．５ないし１０．０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【請求項１７】
前記基板は、約０．７４μｍのトラックピッチを有することを特徴とする請求項１に記載の高密度再生専用光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、韓国特許庁に２００３年１０月２日付けにて出願された韓国特許出願第２００３−６８６１１号明細書の優先権を主張し、本出願の開示内容は引用によって全体として本明細書に統合される。
【０００２】
本発明は、光ディスクに係り、より詳細には、ディスク内部に導入された超解像構造（Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を用いることによって、レーザービームの分解能以下サイズのマーク（ピット）を再生しうる高密度再生専用光ディスクに関する。
【背景技術】
【０００３】
光ディスクはその特性によって、記録された情報のみを再生する再生専用型（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ；ＲＯＭ）と１回に限って記録可能な追記型（Ｗｒｉｔｅ  Ｏｎｃｅ  Ｒｅａｄ  Ｍａｎｙ：ＷＯＲＭ、またはＲｅｃｏｒｄａｂｌｅ）及び記録後に消去及び再記録が可能な書換え型（ＥｒａｓａｂｌｅまたはＲｅｗｒｉｔｔａｂｌｅ）に区分される。
【０００４】
ＷＯＲＭ光ディスクの一例として、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）がある。ＣＤ−Ｒは、シアニン、フタロシアニンなどの有機色素からなる記録層を含む。７８０ｎｍ波長の記録レーザーを記録層に照射して前記色素層を分解し、かつ１ｍＷ以下の低いパワーで記録信号を読み取れる。ＣＤ−Ｒは、約６５０ＭＢの記録容量を有し、テキストデータ、音楽、画像など多様な形態のデータを記録再生する用途として広く使われている。
【０００５】
しかし、ＣＤ−ＲまたはＣＤ−ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）のように７８０ｎｍ波長の記録レーザーを用いる光記録媒体はその容量が動画像を保存するには足りないだけでなく、日毎に複雑になるマルチメディア環境で使用できない。
【０００６】
かかる問題点を解決するために、６３０−６８０ｎｍの短波長レーザーを使用する２．７−４．７ＧＢの容量を有するＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）が開発された。ＤＶＤも再生専用ＤＶＤ、追記型ＤＶＤ（ＤＶＤ−Ｒ）、及び書換え型ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ）に分類される。ＤＶＤ−Ｒの場合、記録レーザービームを記録層に照射することによって、記録層の変形及び分解を誘発してデータを記録する。ＤＶＤ−ＲＡＭ、及びＤＶＤ−ＲＷの場合、相変化による光学的特性の変化を誘発してデータを記録する。特に、有機色素を使用するＤＶＤ−Ｒは、ＤＶＤ−ＲＯＭとの互換性、価格及び容量面で他の媒体に比べて相対的に有利であるために、これについての研究が集中している。
【０００７】
このように最近に開発されている多くの記録媒体において、最も大きな問題は容量であり、この容量の増大のための色々な方法が研究されている。再生専用光ディスクに記録された情報はピットであって、予め基板上に形成されている。その情報の再生時には、再生装置により光ディスクにレーザービームを照射し、ピットによる反射ビームの強弱を光検出器で測定する。例えば、ピットのある場合には反射ビームは弱く、ピットのない場合には反射ビームは強い。光ディスクの容量は、既定の面積内に正確に再生可能な小さな形態のピットをいかほど多く形成し、またこのようなピットを正確に再生しうるレーザービームの特性に優先的に依存する。レーザーダイオードから発生する光は、ピックアップの対物レンズを通じて集束しても、回折の影響のために無限に小さな一点に集束されず、有限幅を有するビームとして形成され、これを回折限界（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｌｉｍｉｔ）という。一般的な光ディスクの場合には、光源の波長がλであり、対物レンズの開口数がＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）である時、λ／４ＮＡが再生分解能の限界となる。したがって、光源の波長が短くなるか、または対物レンズの開口数が大きくなるほど記録容量が増大する。しかし、現在のレーザー技術では、短波長のレーザーを提供するには限界があり、開口数の大きな対物レンズの製造コストは比較的に高価という限界がある。また、対物レンズの開口数が大きくなるほど、ピックアップとディスクとの作動距離（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）が非常に短くなるために、ピックアップとディスクとの衝突によりディスク表面が損傷されうる。その結果、データが損失されうる。
【０００８】
一般的に用いられている赤色レーザーの場合、波長が６３５ｎｍであり、ＮＡは０．６であるために、再生分解能の限界は２６５ｎｍである。
【０００９】
図１は、基板上に形成された銀反射層を有する従来の再生専用ディスクにおいて、ピット長とＣＮＲ（ｃａｒｒｉｅｒ  ｔｏ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）との関係を表すグラフである。図１から分かるように、ピット長が３００ｎｍ以上であれば、ＣＮＲは４０ｄＢ以上であり、ピットとして記録された情報の再生が良好である。しかし、ピット長が３００ｎｍより小さければ、ＣＮＲが急減して、ピット長が２５０ｎｍ以下では、ＣＮＲはほぼ０である。
【００１０】
最近、このような再生分解能の限界を克服するために、超解像近接場構造（以下、“超像構造”という）の光ディスクが研究されている。超解像近接場構造は、光ディスクに特殊なマスク層を形成し、情報の再生時に、マスク層に発生する表面プラズモンを用いることである。例えば、酸化銀を用いたマスク層を備えた光ディスクの場合、酸化銀が銀と酸素とに分解され、分解された銀が表面プラズモンを発生させる。このような表面プラズモンにより近接場再生（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｒｅａｄｉｎｇ）が可能となり、前記再生分解能の限界を克服して非常に小さな記録マークを再生可能となる。
【００１１】
図２は、酸化銀マスク層１１を備えた従来の記録型光ディスク１００の構造及び記録原理を概略的に示す。図２に示されたように、記録型光ディスク１００は、基板１０上に順次に形成された、例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ２を含む誘電体層１４、例えば、ＡｇＯｘ（ｘは正数）を含むマスク層１１、例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ２を含む誘電体層１４、例えば、ＧｅＳｂＴｅを含む記録層１２、例えば、ＺｎＳ−ＳｉＯ２を含む誘電体層１４、及び反射層１３を含む。
【００１２】
約１０−１５ｍＷのパワーを有するレーザービームを記録層１２に照射して記録する。この場合、酸化銀は、微細金属粒子と酸素とに分解される。再生時に、前記微小銀粒子の表面にプラズモンが形成される。しかし、再生専用光ディスクの場合、このような記録過程無しにピット形態に基板上に情報が記録されているために、酸化銀の銀粒子と酸素への分解が起こらない。したがって、超解像近接場構造を備えるディスクのように効果的に低いパワーのレーザービームのみを使用して再生専用光ディスクを記録することを容易にするディスクの構造及び材料の選定が難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ディスク内部に導入された超解像近接場構造を用いることによって、レーザービームの再生分解能の限界以下サイズのマーク（ピット）を再生しうる高密度再生専用光ディスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、超解像近接場構造を備えるディスクのように効果的に情報を記録する高密度再生専用光ディスクを提供する。
【００１５】
本発明はまた、高密度再生専用光ディスク上に記録された情報を再生する方法を提供する。
【００１６】
本発明はまた、高密度再生専用光ディスク上に記録された情報を再生する装置を提供する。
【００１７】
本発明の一態様によれば、高密度再生専用光ディスクは、ピットが形成されている基板と、結晶質再生補助層と、第１誘電体層と、金属酸化物を含むマスク層と、を備える。
【００１８】
本発明の他の態様による方法は、プラズモンによって誘導された超解像構造によって高密度再生専用光ディスク上に記録された情報を再生する。
【００１９】
本発明の他の態様による装置は、プラズモンによって誘導された超解像構造によって高密度再生専用光ディスク上に記録された情報を再生する。
【００２０】
本発明の追加的な態様及び／または長所は、以下の詳細な説明から部分的に開示され、また部分的には以下の詳細な説明から自明になるか、または本発明の実施によって分かる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による高密度再生専用光ディスクは、短波長レーザーや対物レンズの大きい開口数を必要としない。また、この高密度再生専用光ディスクは、結晶質再生補助層を使用することによって、十分な反射率が得られ、超解像構造の効果を増大させ、かつ結晶化のための初期化作業が不要であるためにコスト及び工程面で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の具現例を詳細に参照するが、その実施例は添付図面に図示され、ここで同じ参照番号は同じ構成要素を称する。本発明を説明するために、以下に図面を参照しつつ本発明の具現例を説明する。
【００２３】
図３は、ピットが形成されている透明基板１０上に結晶質再生補助層５０、第１誘電体層２０、及びマスク層１１が順次に形成されている本発明の一具現例による光ディスク２００を示す。
【００２４】
基板１０は、記録レーザービームの波長範囲で高い透明度を有し、効果的な耐衝撃性、耐熱性、耐環境性などを有する材料をもって射出成形のような通常の基板製造方法により成形可能な材料のうち、選択された材料からなる。そのような材料の例は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、エポキシ、ポリエステル、非晶質ポリオレフィン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）などを含む。
【００２５】
結晶質再生補助層５０は、情報の再生時に高反射率を得ると同時に超解像構造の効果を増加させるために形成され、薄膜に形成された直後の結晶質である。前述したように、この光ディスクに使われるマスク層１１は、表面プラズモンを形成することによって超解像構造の効果を得るための金属酸化物を含むために、前記金属酸化物は微小金属粒子と酸素とに分解されることが必要である。再生過程で使われるレーザーのパワーは前記金属酸化物を分解させるには、不十分なエネルギーを有するために、表面プラズモンが形成されないことがある。しかし、マスク層１１内には微量であるが、還元された形態の金属粒子が存在でき、このような還元された金属粒子が表面プラズモンの源泉として機能する。この際、再生補助層５０は、マスク層１１の超解像構造の効果を増加させうる。
【００２６】
マスク層１１は、金属酸化物であるために、このマスク層の反射率は低い。したがって、再生補助層５０は、反射層としても機能する。一方、このような再生補助層５０は、初期結晶化過程を省略するために結晶質からなる。すなわち、一般的に反射層または再生補助層として使われうるＧｅ−Ｓｂ−ＴｅまたはＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金の場合には、成膜直後の状態が非晶質であるために、この合金は、まず成膜された後、１回の再生時に再生レーザーにより結晶質化され、これにより、１回の再生時と２回の再生時との反射率が異なる。このような問題を解決するために、ディスクの製作直後に非晶質層を結晶質層に転換する初期化過程が必要であるが、これは追加的なコストと工程とを必要とする。しかし、本発明のように、成膜直後に結晶質状態の再生補助層を使用すれば、このような初期化過程を省略しうる。このような結晶質再生補助層として使われうる材料は特に制限されず、その例はＳｂ単一元素またはＴｅにＳｂ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇｅ、及びＡｓのうち、少なくともいずれか１元素を混合して製造された材料を含む。本発明では一般的にＳｂまたはＳｂ２Ｔｅ３が使われうる。前記再生補助層は、十分な反射率と信頼性とを確保するために、一般的に真空蒸着、電子ビームまたはスパッタリングなどの方法により５−５０ｎｍの厚さに形成しうる。
【００２７】
マスク層１１に使われる金属酸化物は、ＰｔＯｘ、ＰｄＯｘ、ＡｕＯｘ、ＡｇＯｘまたはそれらの混合物であり、ここでｘは正数であり、望ましくは０．１〜２．５である。このマスク層は、例えば、、スパッタリング法により形成される。ＰｔＯｘを利用してマスク層を成膜する場合、真空容器内にアルゴン及び酸素を注入して、白金をターゲットとしてスパッタリングすれば、マスク層を形成でき、マスク層の厚さは１．５〜１０．０ｎｍでありうる。
【００２８】
本発明の一具現例による光ディスクにおいて、再生補助層５０とマスク層１１との間に第１誘電体層１４が形成されるが、これは拡散防止層としての役割を行う。一方、本発明の一具現例による光ディスクは、再生補助層５０と基板１０との間に第２誘電体層３０をさらに含み、マスク層１１上に第３誘電体層４０をさらに含みうる。第２誘電体層３０は、熱による基板の損傷を防止する役割を行い、第３誘電体層は、マスク層を保護する役割を行う。図４は、本発明の実施例４による光ディスク３００の構造を示す概略図である。
【００２９】
前記誘電体層の材料は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＡｌＯｘまたはＡｌＮｘであり、ここでｘは正数である。
【００３０】
本発明の他の具現例による高密度再生専用光ディスク上に記録された情報の再生方法は、適切なパワーのレーザービームを前記ディスクに照射して表面プラズモンを超解像構造上に形成することによって記録された情報を再生する段階を含む。
本発明の他の具現例による高密度再生専用光ディスク上に記録された情報を再生する再生装置は、記録された情報に対して制限されず、超解像構造の効果を通じて記録された情報を再生しうる。
【００３１】
次の実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。次の実施例は例示的なものであって、これにより本発明が制限されるものではない。
【実施例１】
【００３２】
ＤＶＤと同一な０．７４μｍのトラックピッチを有し、ピットが形成されている０．６ｍｍ厚さのポリカーボネート（ＰＣ）基板上に、結晶質再生補助層としてＳｂをスパッタリングして３０ｎｍ厚さの薄膜を形成した。次いで、前記結晶質再生補助層上に第１誘電体層としてＺｎＳ−ＳｉＯ２階をスパッタリングして成膜した。次いで、真空容器内にアルゴン及び酸素を注入して白金をターゲットとしてスパッタリングすることによって、３．５ｎｍ厚さのＰｔＯｘマスク層を成膜した。この際、アルゴンの流量は１５ｓｃｃｍ、酸素の流量は９ｓｃｃｍであり、蒸着圧力は３．８ｍＴｏｒｒであった。
【実施例２】
【００３３】
再生補助層としてＳｂ２Ｔｅ３層を使用したことを除いては、実施例１と同じ方法で再生専用光ディスクを製造した。
【実施例３】
【００３４】
基板と再生補助層との間に２５ｎｍ厚さのＺｎＳ−ＳｉＯ２層をさらに成膜したことを除いては、実施例１と同じ方法で再生専用光ディスクを製造した。
【実施例４】
【００３５】
マスク層上に５０ｎｍ厚さのＺｎＳ−ＳｉＯ２をさらに成膜したことを除いては、実施例３と同じ方法で再生専用光ディスクを製造した。
【００３６】
比較例１
トラックピッチ０．７４μｍであり、ピットが形成されている０．６ｍｍ厚さのポリカーボネート（ＰＣ）基板上に反射膜としてＡｇをスパッタリング法で成膜してマスク層のない再生専用光ディスクを製造した。
【００３７】
比較例２
トラックピッチ０．７４μｍであり、ピットが形成されている０．６ｍｍ厚さのポリカーボネート（ＰＣ）基板上に２５ｎｍ厚さの誘電体層と３．５ｎｍ厚さのマスク層とを順次に成膜して再生補助層のない再生専用光ディスクを製造した。
【００３８】
試験例１
実施例１〜４及び比較例１〜２で得られたディスクの性能を６３５ｎｍ、及びＮＡ  ０．６０のピックアップを有するＤＶＤ評価用装置で評価した。線速は３ｍ／ｓ、再生パワーは３ｍＷであった。得られた結果は、図５に示されている。図５で、Ｅは実施例を表し、ＣＥは比較例を表す。再生分解能の限界（λ／４ＮＡ）は２６５ｎｍであり、このＤＶＤで最小ピット長は４００ｎｍであった。比較例１で製造された光ディスクで、再生分解能の限界、すなわち、２６５ｎｍより小さい２５０ｎｍ及び２００ｎｍのピットではＣＮＲが得られなかった。比較例２の場合、１５ｄＢ以下のＣＮＲが得られた。一方、本発明の実施例１〜４で、２５０ｎｍのピット長で約３０ｄｂ以上のＣＮＲが得られた。実施例３及び４では、実用化レベルである約４０ｄＢ以上のＣＮＲが得られた。
【００３９】
図６は、本発明の一具現例による記録及び／または再生装置のブロックダイアグラムである。図６を参照するに、この記録及び／または再生装置は、記録／再生ユニット１００１、コントローラー１００２、及びメモリ１００３を備える。記録／再生ユニット１００１は、本発明の情報記録媒体の一具現例であるディスク２００または３００にデータを伝達する。コントローラー１００２は、図３及び４と関連して前述したように本発明によるディスク２００または３００からデータを再生する。
【００４０】
前記したように、本発明の一具現例による高密度再生専用光ディスクは、短波長レーザーや対物レンズの大きい開口数を必要としない。また、この高密度再生専用光ディスクは、結晶質再生補助層を使用することによって、十分な反射率が得られ、超解像構造の効果を増加させ、また結晶化のための初期化作業が不要なためにコスト及び工程面で有利である。
【００４１】
しかし、そのような短波長レーザー及び／または大きな開口数のレンズが本発明で使われうるということは言うまでもない。
【００４２】
本発明の幾つかの具現例が図示及び説明されたが、当業者は特許請求の範囲及びその均等物によってその範囲が定義される本発明の原理及び精神から外れず、これら具現例に変更が加えられうるということを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本発明のこれら及び／または他の特徴及び長所は、添付図面を参照して以下の例示的な具現例を詳細に説明すれば、さらに明白になる。
【図１】従来の再生専用光ディスクでピット長とＣＮＲとの関係を表すグラフである。
【図２】従来の超解像構造を用いる記録型光ディスクの構造及び記録原理を表す概略図である。
【図３】本発明の実施例１による光ディスク構造の概略図である。
【図４】本発明の実施例４による光ディスク構造の概略図である。
【図５】本発明の実施例１ないし４及び比較例１及び２で得られた光ディスクの性能評価結果を表すグラフである。
【図６】本発明の一具現例による記録及び／または再生装置のブロックダイアグラムである。
【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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【図６】
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【国際調査報告】
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