(57)【要約】  本発明は，光データ担体からデータを読み出すため，及び/又は光データ担体にデータを記録するために，前記光データ担体への照射の少なくとも一部を吸収する目的で誘電性の遷移材料中に埋め込まれた金属のナノ粒子と前記誘電性の遷移材料とを含む熱色素層を有する光データ担体に関する。本発明は他に，前記光データ担体を製造するための，このような熱色素層を有する光マスタに関する。吸収帯の位置の選択と，熱色素効果が十分速くかつ安定して生じる温度の選択の余地がある熱色素材を持った前記光データ担体，又は光マスタを供するために，前記遷移材料は，遷移温度（Tg, Tm）より下の特定の体積，及び/又は前記遷移材の熱膨張係数である材料特性の第1の値と，前記遷移温度（Tg, Tm）よりも上で前記第1の値よりもより高い前記材料特性の第2の値とを持つことが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光データ担体からデータを読み出すため，及び/又は前記光データ担体にデータを記録するために，前記光データ担体への照射の少なくとも一部を吸収する目的で誘電性の遷移材料中に埋め込まれた金属のナノ粒子と前記誘電性の遷移材料とを含む熱色素層を有する光データ担体において，前記遷移材料は，遷移温度（Tg, Tm）より下で前記遷移材料の特定の体積，及び/又は前記遷移材料の熱膨張係数である材料特性の第1の値と，前記遷移温度（Tg, Tm）より上で前記第1の値よりもより高い前記材料特性の第2の値とを持つことを特徴とする光データ担体。
【請求項２】
前記熱色素層は他に記録材料を有し，前記熱色素層はデータの記録に適することを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項３】
情報層を更に有し，読出し品質，及び/又は前記情報層の記録感度を改善するために前記熱色素層が前記情報層に隣接していることを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項４】
前記金属ナノ粒子は，金，銀，及び/又はパラジウムで作られることを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項５】
前記ナノ粒子は300nm又はそれ以下のサイズ，好ましくは100nm又はそれ以下のサイズを持つことを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項６】
前記熱色素層の厚さは，10-2000nmの範囲，特に50-500nmの範囲，好ましくは50-100nmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項７】
前記熱色素層中の前記ナノ粒子の重量割合は，2-90%の範囲，特に10-80%の範囲，好ましくは50-80%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項８】
前記ナノ粒子は，異なる金属の混合物にて作られ，及び/又は前記熱色素層による前記照射の吸収性のバンド幅を増すために異なる大きさを持つことを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項９】
前記熱色素層の前記照射の吸収性のバンド幅を増すため，及び/又は前記吸収性のピークの位置を変えるために，前記ナノ粒子は実質的に円盤，又は棒の形状を持つことを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項１０】
前記遷移温度（Tg, Tm）は，前記データの記録に必要とされる温度よりもより低いことを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項１１】
前記遷移材料は，前記照射に対して実質的に非吸収性であることを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項１２】
前記遷移材料は，線状のポリマー，特にポリスチレン・ポリカーボネート，架橋されたアクリルエポキシ樹脂，又はガラス状に形成した低質量分子であることを特徴とする請求項1に記載の光データ担体。
【請求項１３】
光マスタにデータを記録するために，前記光マスタへの照射の少なくとも一部を吸収する目的で誘電性の遷移材料中に埋め込まれた金属のナノ粒子と前記誘電性の遷移材料とを含む熱色素層を有する光データ担体を製造するための光マスタであって，前記遷移材料は，遷移温度（Tg, Tm）より下で特定の体積，及び/又は前記遷移材料の熱膨張係数である材料特性の第1の値と，前記遷移温度（Tg, Tm）より上で前記第1の値よりもより高い前記材料特性の第2の値とを持つ光マスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光データ担体からデータを読み出すため，及び/又は前記光データ担体にデータを記録するために，誘電性の遷移材料と前記光データ担体への照射の少なくとも一部を吸収する目的で前記遷移材料中に埋め込まれた金属のナノ粒子とを含む熱色素層を有する光データ担体に関する。本発明は他に，このような熱色素層を有する前記光データ担体を製造するための光マスタに関する。
【０００２】
熱色素材料の使用は，感度を増し，光記録ではより高密度の可能性を与える記録スポットのサイズを最小化するためとか，又は多層光記録とかの様々な目的のために光記録において提案されてきた。
【０００３】
光スポットの大きさは，使用した照射の波長に関連した最小のサイズに制限される。しかし，光スポットの強度はスポットの中央がその外側の部分よりも高いと言う事実の恩恵を受けて，より小さな記録スポットでさえ達成可能である。
【０００４】
多層光記録の媒体への書込み又は読出しを可能にするためには，高い（熱）伝導度を持つことが必要である。更に，異なる層間のクロストークは，例えば光強度の非線形関数である吸収性を供することにより最小化されねばならない。換言すれば，ある閾値強度の上では前記層はより多く吸収を始めるのであるが，低い強度では前記吸収性は無視できるレベルで実質的に一定である。これは，前記層の吸収性を更に増加させ得る前記層の加熱となり，このようにして更なる加熱につながる。 この効果は自力加速と呼ばれる。 
【背景技術】
【０００５】
多層の光データ担体及びこのような多層光データ担体で使われる異なる熱色素材料の更なる詳細は，WO 2004/023466 (出願人整理番号：PHNL020794)  に開示されており，ここでも参照されて組み込まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述された熱色素材料は，一般的には有機化合物，無機化合物，重合体及びゾル状ゲルの四つのカテゴリに区分することが出来る。しかし，例えば安定性，速度，吸収帯の位置，その温度の上では熱色素効果の生じる温度，又は熱色素効果が実現される方法に関する問題により，上述の材料の光データ担体中での使用には制限がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
それゆえ，吸収帯の位置の選択を許し，かつ熱色素効果の生じる温度の選択を許し，更に十分に速くかつ安定している熱色素材を持つ光データ担体，又は光マスタを供することが本発明の目的である。
【０００８】
前記目的を達成するために，光データ担体中の前記遷移材料は，遷移温度より下で特定の体積，及び/又は前記遷移材料の熱膨張係数である材料特性の第1の値と，前記遷移温度より上で前記第1の値よりもより高い前記材料特性の第2の値とを持つ請求項1に記載の光データ担体が提案される。
【０００９】
他に，光データ担体中で前記遷移材料は，遷移温度より下で特定の体積，及び/又は前記遷移材料の熱膨張係数である材料特性の第1の値と，前記遷移温度の上で，前記第1の値よりもより高い値を持つ材料特性の第2の値とを持つ請求項13に記載の光データ担体を製造するための光マスタが提案される。
【００１０】
本発明は，ナノ粒子の吸収性と，これらのナノ粒子の周囲にある材料又は媒体の密度との間には関係があるという見識に基づいている。前記吸収性は，吸収に効果を持ち得る周囲材料の密度の変化に効果を及ぼすことが出来る。この効果は，再度，密度その他の更なる変化になり得，自己加速していて，かつ非線形な効果を示している。
【００１１】
吸収される光の波長よりも大幅に小さい寸法を持つ体積Vの中で，プラズモン吸収が可能なN個の粒子に対する吸収性に相当する消滅係数κは，Mieの理論により次式で与えられる；
【数１】
2008512807.tif 000003
ここで，ε1 及び ε2  は材料の誘電関数の実数部と虚数部とを表し，εm  は一般的には波長に依存しないと仮定されている周囲の媒体の誘電定数を表す。金属のナノ粒子及びナノ粒子一般のスペクトル特性に関する更なる詳細のために，参考文献「Spectral Properties and Relaxiation Dynamics of Surface Plasmon Electronic Oscillations in Gold and Silver Nanodots and Nanorods」がStephan Link 及び Mostafa A. El-SayedによりJ. Phys. Chem. B (1999), 103, 8410-8426中に作られ，ここでも参照され組み込まれている。
【００１２】
式(1)は，大体50nmのサイズを持つ粒子に対して有効である。より大きな粒子に対しては，より長い波長へのシフトが，増大する粒子のサイズの関数として観測されている。
【００１３】
式(1)の重要な特徴は，前記消滅係数は，周囲の材料の誘電定数への依存を示すことである。少なくとも非吸収性の媒体の場合には，前記誘電定数は，その密度に概略比例する屈折率n (n=εm0.5)と関係している。物質の密度はその温度に関係するので，前記屈折率の厳密な温度依存性は調整することが出来る。前記密度は，熱膨張係数により記述される熱膨張に起因して変化するかも知れないし，又は溶解のような相変化時に生じる材料の体積変化に起因して変化するかも知れない。相変化，又は照射の吸収の結果としての熱膨張のいずれかに起因した遷移材料の特定の体積の増加は，式(1)で記述されているように吸収性のピークのシフトの原因となる。このシフトは，材料が前記ピークの更なるシフトに至るよりいっそうの加熱を招く光照射のより高い吸収を導くことになり得る。このようにこの効果は，それ自身で加速することが可能である。
【００１４】
光データ担体の実施例において，前記熱色素層は更に記録材料を有し，前記熱色素層はデータの記録に適する。もしも記録材料と熱色素材料とが一つの層に一緒に化合又は混合されている場合は，前記熱色素材料の吸収性は，前記記録材料中の情報の記録，及び/又は前記情報の読出し品質を改善又は可能にさえする。
【００１５】
他の実施例において，光データ担体は，読出し品質，及び/又は前記情報層の記録感度を改善するために前記熱色素層が前記情報層に隣接して構成されている情報層を更に有する。前記改善のために，前記情報層と前記熱色素層とは異なる層であることもまた可能である。
【００１６】
光データ担体の他の実施例では，前記金属ナノ粒子は金，銀，及び/又はパラジウムで作られる。これらの金属で作られたナノ粒子の生産はかなり一般的で，前記ナノ粒子を生産するために幾つもの適した方法がある。
【００１７】
光データ担体の好ましい実施例において，前記ナノ粒子は300nm又はそれ以下のサイズ，好ましくは100nm又はそれ以下のサイズを持つ。一般的に，前記ナノ粒子がより大きくなると前記吸収性のピークの波長はより長い波長へとシフトする。しかし，前記ナノ粒子は，バルク状の原子同様個々の原子には無い表面プラズモン共振の効果を示すことが可能な一定の範囲内の大きさであることが重要である。
【００１８】
光データ担体の他の実施例において，熱色素層の厚さは，10-2000 nmの範囲，特に50-500 nmの範囲，好ましくは50-100 nmの範囲である。
【００１９】
光データ担体の他の実施例において，前記熱色素層中の前記ナノ粒子の重量割合は，2-90%の範囲，特に10-80%の範囲，好ましくは50-80%の範囲である。
【００２０】
もしも前記熱色素層が厚い場合，前記照射の適切なる吸収性を達成するために，前記ナノ粒子の重量割合又は濃度はより低くて良く，その逆も同様である。前記濃度及び前記厚さは，前記層からの最大の吸収性が0.1-2の範囲，好ましくは1-2の範囲であるように選ぶことが出来る。
【００２１】
光データ担体の更に他の実施例において，前記ナノ粒子は，異なる金属の混合物にて作られ，及び/又は前記熱色素層による前記照射の前記吸収性のバンド幅を増すために異なるサイズを持つ。
【００２２】
光データ担体の他の実施例において，前記熱色素層の前記照射の前記吸収性のバンド幅を増すため，及び/又は前記吸収性のピークの位置を変えるために，前記ナノ粒子は実質的に円盤，又は棒の形状を持つ。
【００２３】
光データ担体の他の実施例において，遷移温度は前記データの記録に必要とされる温度よりもより低い。もしも前記熱色素効果が記録よりもより低い温度で始まると，記録スポットの全ての領域が前記熱色素効果の恩恵を受けることができる。
【００２４】
光データ担体の好ましい実施例において，遷移材料は照射に対して実質的に非吸収性である。だから前記照射が幾つもの熱色素層を通過する時でさえも照射強度の損失はないであろう。
【００２５】
光データ担体の他の実施例において遷移材料は，線状のポリマー，特にポリスチレン・ポリカーボネート，架橋されたアクリルエポキシ樹脂，又はガラス状に形成した低質量分子である。
【００２６】
以下において，本発明は更に詳細を図を参照して説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図1は，本発明による熱色素層4を有する光データ担体1の実施例の断面を示す。前記担体1の上面には，その上に例えばレーザー光，又はLEDにより生成される光等の光束3が入射するカバー層2が保護の為に供される。その後，各々は一つの熱色素層4を有する幾つかの熱色素の積層，図の例では七つの熱色素の積層が供される。前記熱色素の積層及びこのような単独の熱色素層4もまた，隣接する熱色素層と光学的かつ熱的に分離するためにスペーサ層5により仕切られる。最深部の熱色素層4の下には，例えばポリカーボネートの基板6が供される。例示されている実施例では，前記熱色素層4は更に記録材料を含み，当該の層は記録層の機能を持つ。データは，前記記録材料を利用して格納され得る。
【００２８】
図2は，本発明による熱色素層11を有する光データ担体10の他の実施例の断面を示す。図2に示される前記実施例は図1の実施例と同様である。異なる点は，前記光データ担体は他に前記熱色素層11に隣接して構成された情報層12を有することである。前記熱色素層11は，図1に例示された他の記録材料を含んでもよいし，又は含まなくてもよい。前記熱色素層11は，前記情報層12の読出し品質の改善，及び/又は記録感度を改善するのに適する。これら図1及び図2に示されたのとは異なる配置，特に情報層12と熱色素層11とスペース層5とが異なる順番となる，もまた可能である。
【００２９】
図3は，本発明による熱色素層20の実施例の断面を示す。前記熱色素層20は，遷移材料21及び前記遷移材料中に埋め込まれた金属ナノ粒子22を有する誘電性の熱色素材料を含む。前記遷移材料21は，例えば，ポリスチレン・ポリカーボネイトのような線状の重合体，又は架橋されたアクリル・エポキシ樹脂である。前記遷移材料21の誘電定数とその密度とは関係がある。更には，その遷移材料は，少なくとも前記ナノ粒子22に比べて，前記照射に対して好ましくは透明，即ち非吸収性であり得る。ナノ粒子22は好ましくは金，銀，又はパラジウムで作られるが，しかし他の金属もまた使うことができる。ガラス遷移及び溶解の両方が速くかつ一般的にはそれらの遷移温度を変化させない可逆的なプロセスであるので，本発明による前記熱色素効果は，速くかつ安定している。ナノ粒子22は，図3に例示した球形とは他の形，例えば次に述べるような棒状又は円盤状の形を持ち得る。
【００３０】
図4a及び図4bは，特定の体積対ガラス遷移温度及び特定の体積対溶解温度を各々例示するグラフを示す。温度T 及び体積Vは任意の単位で示されている。熱膨張に起因して体積Vは遷移温度Tg又はTmより下では，かなり小さな熱膨張係数に対応してかなり小さい傾斜で増加する。前記遷移温度Tg，又はTmを越すと，前記熱膨張係数は増加し，前記体積Vは大きな傾斜で増加する。図4bに示された溶解に起因して，体積Vにはステップ状の変化がある。各々の熱膨張係数は，前記遷移温度Tg，Tmより下又は上で一定である必要は無いが，しかし遷移温度より上での前記熱膨張係数は，遷移温度より下での係数より高くあるべきである。他に好ましいのは，かなりの範囲の変化があることである。本発明は，ガラス遷移又は溶解のような相変化に起因する変化に制限されることはない。もしも前記熱膨張係数の変化は無く，特定の体積の変化のみがあった場合は，自力加速は起きないであろうが，しかしそれにも拘わらず，前記熱色素層の吸収性の明確なシフトがあるので非線形性が存在する。
【００３１】
図5は，ガラス遷移温度より上及び下での本発明による熱色素層の吸収性対吸収光の波長を例示するグラフを示す。異なる温度に対する前記吸収性を指し示す曲線は，式(1)に従って計算され，そして図5に示されている。熱膨張係数は，100度Cのガラス遷移温度Tgより下では2x10-4 K-1に設定され，前記温度より上では8x10-4 K-1に変更している。周囲の媒体のガラス遷移温度Tgまでは，前記吸収帯の位置は僅かな変化のみを示すことが見てとれる。前記ガラス遷移温度より上では，吸収帯の位置は急激なシフトを示す。
【００３２】
図6は，溶解温度より上及び下での，本発明による熱色素層の吸収性対吸収光の波長を例示するグラフを示す。異なる温度に対する前記吸収性を指し示す曲線は，式(1)に従って計算され，そして図6に示されている。前記熱膨張係数の変化が，図4bに概略示されている。図6では，前記溶解温度までは前記吸収帯の位置はほんの僅かな変化のみを示すが，前記溶解温度より上では最初にかなり大きなジャンプがありそれに続いて短い波長に向かって急激なシフトがあることが見て取れる。
【００３３】
図4a，図4b，図5及び図6は，前記特定の体積の温度依存性を調整することにより，望ましい熱色素の挙動が得られることを示している。例えば，図5からわかるように20度Cの曲線において，波長405nmの吸収性は大変小さいので，前記熱色素材料を加熱するために十分な量のエネルギが吸収可能な大変高い光強度が必要とされる。もしも前記熱色素材料を前記遷移温度Tgより上の温度まで加熱するのに十分なほど前記強度が高い場合は，前記吸収性はかなり増加し前記材料はより高い吸収性になるよう更に加熱されるであろう。
【００３４】
図5及び図6から前記バンド又はバンド幅の大きさは，かなり小さいことがわかる。バンド幅を拡げる一つの態様は，異なる種々のサイズのナノ粒子22を用いるか，又は二つ若しくはそれ以上の金属から作られた混合粒子22を使うことによる。上述されたように，より大きなナノ粒子22は，より高い（長いでは？）波長で吸収性を示す。異なるサイズの混合ナノ粒子22は，異なるサイズに関連した異なる吸収性を併有する余地があり，これによりより大きなバンド幅を達成する余地がある。異なる金属の粒子を混合することもまた可能である。このようにしてもバンド幅をまた拡げることが出来る。
【００３５】
バンドを拡大する，又は前記吸収性を増加させるための他の態様は，棒状又は円盤状の粒子を使うことである。Gansの理論によれば，体積VのN個の粒子に対する消滅係数κは下式により与えられる：
【数２】
2008512807.tif 000004
【００３６】
Pj値は，次式で記述することができる A>B=Cなる寸法を持つ棒状ナノ粒子の 3軸A,  B及びCに対する減極因数である。
【数３】
2008512807.tif 000005
【数４】
2008512807.tif 000006
【数５】
2008512807.tif 000007
ここでR=A/Bである。図7は，上式を用いて計算された異なる寸法比を持つ本発明による熱色素層の，吸収性対吸収光の波長を例示するグラフを示す。棒又は円盤のような円筒形のナノ粒子22を用いることにより，前記バンド幅を拡げることが（図7のR=1.2参照），前記吸収帯の位置を変えるのと同様可能であることが図7からわかる。
【００３７】
図8は，本発明による基板31及び熱色素層32を有する光マスタ30の断面を示す。
照射ビーム33，例えばレーザー光，は前記熱色素層に向けて焦点が合わされ，Rにて示された大きさを持つ光スポットを前記熱色素層上に形成する。前記熱色素層は，ピット及びランドのトラックを製造するために光マスタで一般的に使われているような感光材，例えばUV硬化型樹脂，を含むことが出来る。前記の目的のために供される前記感光材の他の層があることもまた可能である。前記光スポットは，図9bに示される温度分布となるであろう図9aに概観的に示される強度分布を表すであろう。本発明による熱色素層を用いることにより，適切な遷移温度の選択によって温度に対する前記感度を増すことが可能になり，前記光スポットの大きさより小さなXで示されるサイズを持つ記録スポットが達成される。このように，形成されたランド又はピットは，前記光スポットよりも小さいことが可能である。図9bに示された温度プロフィールの，選択された遷移温度より上の部分のみが前記記録スポットを生じるので，この記録スポットに対し更に良く規定された境界がある。
【００３８】
本発明は，吸収性のバンド幅及び吸収帯の位置等の前記熱色素層の性質を，熱色素効果の始まる温度同様，所望の値に調整することが可能な熱色素層を有する光データ担体と当該光データ担体を製造するための光マスタとを提案する。前記熱色素効果自体は速くかつ安定している。
【００３９】
密度の変化は，見返りに吸収性の変化の原因となる屈折率の変化を誘起する。遷移温度より上では，この吸収性の変化はより強くなり，そして熱色素効果は光が吸収されるな否や生じる。前記温度の増加は体積増加を増大させる傾向があり自力加速が生じ得る。しかし，体積の減少もまた同じ効果の原因となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による熱色素層を有する光データ担体の実施例の断面を示す。
【図２】本発明による熱色素層を有する光データ担体の他の実施例の断面を示す。
【図３】本発明による熱色素層の実施例の断面を示す。
【図４ａ】特定の体積対ガラス遷移温度及び対溶解温度を各々例示するグラフを示す。
【図４ｂ】特定の体積対ガラス遷移温度及び対溶解温度を各々例示するグラフを示す。
【図５】ガラス遷移温度（Tg）より上及び下での本発明による熱色素層の，吸収性対吸収光の波長を例示するグラフを示す。
【図６】溶解温度（Tm）より上及び下での本発明による熱色素層の，吸収性対吸収光の波長を例示するグラフを示す。
【図７】異なる寸法比を持つ本発明による熱色素層の，吸収性対吸収光の波長を例示するグラフを示す。
【図８】本発明による光マスタの断面を示す。
【図９ａ】光スポットの強度プロフィールと温度プロフィールとを例示するグラフを示す。
【図９ｂ】光スポットの強度プロフィールと温度プロフィールとを例示するグラフを示す。
【図１】
2008512807.tif 000008
【図２】
2008512807.tif 000009
【図３】
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【図４ａ】
2008512807.tif 000011
【図４ｂ】
2008512807.tif 000012
【図５】
2008512807.tif 000013
【図６】
2008512807.tif 000014
【図７】
2008512807.tif 000015
【図８】
2008512807.tif 000016
【図９ａ】
2008512807.tif 000017
【図９ｂ】
2008512807.tif 000018
【国際調査報告】
2008512807.tif 000019
2008512807.tif 000020