CN1204839A - 多层光盘 - Google Patents

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Abstract

具有第一信息层和第二信息层的多层光盘中,使高质量再现成为可能。为达到此目的,提供有一种结构,其中,第一信息层和第二信息层分层叠压形成一张光盘。其次,第一信息层具有金属反射膜,其反射率对于波长范围为770nm～830nm的第一再现光大于90%;构成的第二信息层具有半透明反射膜,其中对于上述第一再现光的折射率ns1和对于波长范围为615nm～655nm的第二再现光的折射率ns2的对应实数部分之间的比值ns2/ns1大于1.05。

Description

多层光盘
本发明涉及多层光盘，尤其涉及通过积聚两层信息层把光盘制成一张盘片。
近年来，增加了对能处理大容量信息的信息记录介质的要求，鉴于此，为了能够随机存取和再现目标信息，也增加了对大容量光盘的需求。
作为能够处理这样大容量信息的光盘，已有多层盘的建议或者尤其将两信息层堆聚起来即分层来制作成一张盘片的光盘的建议。
已经提出了各种各样的多层盘，其中，有这样的一种多层盘，其由涂有金属反射膜的第一信息层和涂有半透明反射膜的第二信息层构成，半透明反射膜的光谱特性，例如反射率，透射率及类似参数有波长相关性；通过使用两种不同波长的第一和第二再现光从第一和第二信息层读出信息(参见日本特许召开专利JP2-223030公报和日本特许公开专利JP8-339574公报)。
在通过使用第一和第二再现光实现信息播放的具有第一和第二信息层的多层光盘中，建议这样一种结构，其中，能够通过现有普通只读小型盘(CD)播放机采用的光波长范围内的再现光，作为第一再现光，来再现所述多层光盘结构中的某个信息层。
例如，图1示出分层为第一和第二信息层光盘的一个例子的剖面示意图，图中，在例如在第一光透射基板1f表面形成的第一信息坑2f及在其上涂覆和沉积的金属反射膜3f构成的第一信息层4f，和由在第二光透射基板1s表面形成的第二信息坑2s及在其上涂覆和沉积的半透明反射膜3s构成的第二信息层4s，它们按下述方式粘在一起：使用透明胶5，将形成第一光透射基板1f的第一信息层4f侧的相对的侧面与形成第二光透射基板1s的第二信息层4s的侧面粘接起来。
之后，作为第一再现光Lf，在常规通用的例如只读小型盘(CD)播放机中，再现光波长范围为770nm～830nm的激光(此后称第一波长)从第二光透射基板1s的后侧辐射，用于再现第一信息层4f的信息；作为第二再现光Ls，波长比前者短，波长范围为615nm～655nm的能够大批生产的半导体激光器的激光(此后称为第二波长)，辐射聚焦在第二信息层4s上，由此再现第二信息层4s的信息。
为了从第一信息层4f获得高质量的再现信号，要采用这样的光盘：(i)金属反射膜3f对第一波长的第一再现光Lf的反射率Rf1一定要大；(ii)第二信息层4s对第一波长光的透射率Ts1一定要尽可能的大，就是说，相对第一波长的光，光的吸收率AS1一定要尽可能的低，以及对第一波长的光，其反射率RS1一定要尽可能的小。
此外，为了从第二信息层4s获得高质量的再现信号，(iii)对第二波长的第二再现光，半透明膜3s的反射率RS2一定要大。(iv)因此，根据(ii)和(iii)项所述，希望第二信息层4s的半透明反射膜3s具有RS2-RS1尽可能大(RS2要尽可能的大于RS1)的特性。
作为形成第二信息层4s的半透明反射膜3s的材料，建议使用硅(Si)和具有介质物质的多层结构。
正如上面(ii)项所述，由于要求对第一波长光的光吸收率尽可能小，当采用硅时，希望硅本身能形成具有良好结晶的薄膜，但是，因塑料基板热稳定性的问题，在光透射基板尤其在可大批量生产、低成本和类似其它因素的由聚碳酸酯(PC)和类似物质构成的塑料基板上，在Si形成具有良好膜质量的膜时，存在某些限制。
此外，当介质物质用于多层膜结构时，与形成单层膜相比，存在制造工艺变得很复杂的问题，由此带来成本高的问题。
此外，对于光透射基板，其主要由聚碳酸酯(PC)构成，这是考虑到价格、可靠性、批量生产和类似因素。然而，在这种情况下，与玻璃比较，存在非常大的双折射问题。众所周知，双折射主要集中在基板非常薄的表面层上(近似为几十μm厚的部分)，并不依赖于基板厚度。因此，双折射问题不依赖于基板厚度但依赖于目标再现光穿过其表面的次数，所以，当使用图1所示两片光透射基板1s和1f时，用于第一信息层3f的再现光穿过这两片光透射基板1s和1f的表面层，双折射的影响就变成单层情况下的二倍。
顺便指出，为了在这样的光盘中能够获得高质量的再现信号，希望对第一波长光的反射率要做到大于60％。该值能够作为获得达到通用小型盘CD标准值的良好再现信号的一个指标。另外，理想的情况是对第二波长光的反射率为15～30％。该值能够作为获得达到所谓DVD(数字通用盘)双层盘标准值的高质量再现信号的一个指标。
本发明目的是保证在上述被分层为第一和第二信息层的多层盘中能够进行高质量的再现。
根据本发明的多层光盘有这样的结构，把第一信息层和第二信息层堆聚形成一张光盘。之后，第一信息层有金属反射膜，其反射率相对波长范围为770nm～830nm(第一波长)的第一再现光为大于60％，第二信息层的结构有半透明反射膜，其中，对于上述第一再现光的折射率ns1与对于波长范围为615nm～655nm(第二波长)的第二再现光的折射率ns2的对应实数之间的比率ns2／ns1大于1．05。
另外，第二信息层的结构有半透明反射膜，其中，对于上述第一再现光折射率的虚数小于0．05。
根据本发明的具有上述结构的光盘，能够通过第一和第二再现光对第一和第二信息层进行高质量再现，而且还能够采用普通CD播放机对第一信息层进行高质量再现。
图1是根据本发明的多层光盘及常规多层光盘的一个例子的剖面示意图。
图2是展示用于说明根据本发明多层光盘半透明反射膜结构的非晶SiO的反射率波长相关性的曲线图。
图3是展示用于说明根据本发明多层光盘半透明反射膜结构的非晶SiH的反射率波长相关性的曲线图。
图4是展示用于说明根据本发明多层光盘半透明反射膜结构的非晶SiHO的反射率波长相关性的曲线图。
图5是展示用于说明根据本发明多层光盘半透明反射膜结构的非晶Si的反射率波长相关性的曲线图。和
图6是展示用于说明根据本发明多层光盘半透明反射膜结构的晶体Si的反射率波长相关性的曲线图。
根据本发明多层光盘的结构是使第一信息层和第二信息层堆聚形成一张光盘。
在如图1所示的光盘结构中，其上分别形成有第一和第二信息层2f和2s的第一和第二光透射基板1f和1s堆叠，并用透明胶5粘在一起。
使用塑料，例如，聚碳酸酯(PC)或类似材料通过注射成型分别成型第一和第二光透射基板1f和1s，并且在成型的同时，利用印模例如设置在成型模腔内的镍模(nickel stamper)，把第一和第二信息层4f和4s的信息坑4f和4s做到并成型在基板1f和1s的相应主表面上，而它们的其它主表面则分别形成为平滑表面。
另一方面，第一和第二透射基板1f和1s是由塑料例如PC和类似材料或玻璃形成的平滑基板，而借助于例如紫外线硬化树脂的涂刷、印模的压制和硬化处理，也就是2p方法(光致聚合作用)，能够在其相应的主表面上形成信息坑2f和2s。
通过选取在注射成型时的模具温度、压力、压力保持时间和其它类似参数，所制造出的作为基板的第一和第二光透射基板1f和1s其双折射小于50nm。
然后，在其上形成有第一光透射基板1f的第一信息坑2f的整个表面上，利用蒸发沉积、溅射和类似方法，通过沉积金属反射膜3s形成第一信息层4f。此外，形成保护层6覆盖整个第一信息层4f。
在其上形成有第二信息坑2s的第二光透射基板1s表面上全部沉积上半透明反射膜3s，由此形成第二信息层4s。
这样构成的多层光盘使得相对于形成第一信息层4f侧的第一光透射基板1f表面与形成第二信息层4s侧的第二光透射基板1s表面用透明胶5例如紫外线硬化树脂粘接起来。
在这种结构中，选取第一和第二光透射基板1f和1s厚度之和为1．1～1．3mm。例如，在每个第一和第二光透射基板1f和1s厚度做成0．6mm且透明胶5厚度为0．05mm的前提下，希望总厚度设置为1．25mm。
读出，即根据本发明从多层光盘的第一信息层4f读或再现信息是按这样的方式进行的：如图1所示，具有第一波长的第一再现光Lf，例如通常的诸如只读CD播放机中再现光波长范围为770mm～830nm的半导体激光，从第二光透射基板1s的后侧辐射，探测从金属反射膜3f的反射光。
另外，从第二信息层4s的信息再现是按这样的方式进行：具有第二波长的第二再现光Ls，即波长为615nm～655nm的半导体激光从第二光透射基板1s的后侧类似地聚焦在第二信息层4s上，从中去除反射光就获得了再现信号。
然后，具体地讲，根据本发明，构成第一信息层4f的金属反射膜3f是由其反射率相对波长范围为770nm～830nm的第一再现光大于60％的金属反射膜构成的。
所构成的金属反射膜3f是对例如Au、Ag、Cu及其合金等金属采用蒸发沉积、溅射和类似方法来构成的。金属反射膜3f的膜厚度设置为大于50nm，或者最好为大于70nm，以便能够保证获得大的反射率。
形成在金属反射膜3f上的保护膜6能够通过涂刷和硬化紫外线硬化树脂来构造。
构成第二信息层4s的半透明反射膜3s的透射率Ts1对于第一波长的光是很大的，也就是说，其对第一波长光的光吸收率As1是很小的，其对第一波长光的反射率RS1是很小的，而且其使得对具有第二波长的第二再现光Ls的反射率RS2即RS2-RS1较大。确切地说，在薄膜中，折射率愈大，反射率愈大；折射率愈小，反射率愈小。因此，当半透明反射膜3s的折射率对第一和第二波长的光设置为ns1和ns2时，使ns2／ns1较大，具体是折射率ns2和折射率ns1的相应实数部分之间的比率或者ns2／ns1设置为大于1．05。
另外，半透明反射膜3s由对第一再现光其折射率虚数部分小于0．05的半透明反射膜材料构成。
半透明反射膜3s形成为非晶膜的单层结构，该非晶膜是由非晶SiH、非晶SiO、非晶SiN的单种材料或者它们中两种以上与非晶Si的混合材料例如Si(HO)，Si(HNO)构成的。
另外，半透明反射膜3s的构成能够是：由Ge、非晶Ge、非晶GeH、非晶GeO、非晶GeN，或者它们中两种以上的混合材料例如Ge(HNO)组成的非晶膜；由非晶SiGe、非晶SiGeH、非晶SiGeO、非晶SiGeN，或者它们中两种以上的混合材料例如SiGe(HON)组成的非晶膜；或者由非晶SiC、非晶SiCH、非晶SiCO、非晶SiCN，或者它们两种以上的混合材料如SiC(HON)组成的非晶膜。
此外，半透明反射膜3s的厚度设置为小于22nm，即最好形成在膜厚度小的一侧上的区域1中，其中根据后面要说明的光谱特性的膜厚相关性能够获得可得到所要求的反射率的膜厚允许值。
下面将说明半透明反射膜3s的实例。利用溅射或真空蒸发，通过使用例如晶体硅(Si)或多晶硅作为原材料，并且在形成膜时将其与氧或氢混合，可制得非晶Si膜(以后写为α-Si)形成的半透明反射膜3s。
例如，在真空蒸发情况，待进行真空蒸发的真空室内变成高真空状态，例如达到10-4Pa量级之后，将少量的氧或氢或两者的混合物通入真空室，在其上形成有第二信息坑2s的第二光透射基板1s表面进行真空蒸发，由此形成目标半透明反射膜3s。
另外，在溅射情况，类似地，将少量的氧或氢或两者的混合物但不是惰性气体如Ar和类似气体通入溅射室进行所谓反应溅射，由此形成目标半透明反射膜3s。
同时，众所周知，在Si完全与氧或氢反应之后，产生有SiO2或SiH4，但是，根据本发明，在半透明反射膜3s形成时，不会进行这样的完全反应，但会有一种结构，其中氧和氢被结合成所谓的悬空键(dangling bond)，其中Si原子自身并不在共价连接状态，以抑制光的吸收，而至于为此目的氧和氢的添加，应选取氧和氢对Si原子的比率达到2～30原子百分比。
用这样的方式在其中分别形成了第一和第二信息层4f和4s的第一和第二光透射基板1f和1s按这样的方式形成，处于形成有第一信息层4f侧的相对一侧上的第一光透射基板1f表面用透明胶5与处在形成有第二信息层4s侧上的第二光透射基板表面粘结起来。
用透明胶5进行粘结的方法是：把由液态紫外硬化树脂构成的透明胶涂刷在例如半透明反射膜3s上，两个基板1f和1s之间以预定的位置关系进行分层叠压，用紫外线的辐射硬化透明胶5，以便由此粘结基板1f和1s。
其次，将给出对半透明反射膜3s光学特性的考虑。
在此情况下，在相应PC基板的既无凸点又无凹点的类似镜面的相应主表面上，分别形成根据本发明结构的非晶SiO(α-SiO)、非晶SiH(α-SiH)、非晶SiHO(α-SiHO)的薄膜、以及用于比较的非晶Si(α-Si)和晶体Si的薄膜，在它们之上采用粘结上述另一基板的紫外线硬化树脂涂刷一层厚30μm的保护层来制作各个测试样本。另外，测试样品中，通过形成10nm～100nm厚的相应膜，已经通过测量膜宽，光透射率及其反射率获得了780nm波长和650nm波长情况下的复折射率。其结果示于下面的表1中。同时，表1中，尽管说明是以晶体Si作为对比例做出的，但其值是从文献中引用的。此外，表1中，对相应测试样品折射率实数部分之间的比率n2／n1也一并列出。[表1]形成膜的材料    折射率(780nm)    折射率(650nm)     折射率之间比率n1＋ik1      n2＋ik2        (n2／n1)
α-SiO 3．55+i0．04 3．75+i0．15 1．056
α-SiH 4．05+i0．05 4．43+i0．26 1．094
α-SiHO 3．13+i0．01 3．33+i0．03 1．064
α-Si 3．70+i0．08 3．86+i0．34 1．043
晶体Si 3．71+i0．007 3．85+i0．016 1．038
通过使用基于表1的折射率，在各种膜形成材料作为第二信息层的半透明反射膜的情况下，利用计算可获得第一信息层对于780nm波长的反射率R1和第二信息层对于650nm波长的反射率R2。在此情况下，假设了第一信息层4f的金属反射膜3f的结构是由100nm厚的Au膜构成的，第一光透射基板1f和金属反射膜3f之间界面上的反射率设置为95％。通过计算，每个样品的光谱特性的膜厚相关性分别示于图2至6。即：图2为α-Si，图3为α-SiH，图4为α-SiHO，图5为不含氧和氢的α-Si，图6为晶体Si。
图6晶体Si情况下，随着膜厚从0增加，反射率R1下降但R2增加。之后，在厚13nm附近，R1变为大于70％(R1＞70％)，同时R2变为大于18％(R2＞18％)(以后该厚度区称为区域1)，这满足开始所述的反射率指标，由此可以获得良好的再现信号。之后，当膜厚进一步增加时，在130nm附近的适当位置上，又存在上述条件即R1大于70％并且R2大于18％(以后该厚度区称为区域2)。之后，增加和下降重复出现，但因制造问题，实际上应避免比第二区更厚的区域。因此，在表2中示出了膜厚的上限和下限之间的范围，同时在括号中表示作为膜厚允许值的与中心处之比[％]，其中在各种单层材料的区域1和区域2中能够获得所要求的反射率，或者R1＞70％并且R2＞18％。[表2]
单层膜材料 区域1 区域2
α-SiO 13．9～15．1nm(±3．8％) 102．9～121．1nm(±8．1％)
α-SiH 9．5～11．1nm(±7．8％) 87．8～104．2nm(±8．5％)
α-SiHO 18．3～21．8nm(±8．7％) 116．7～144．9nm(±10．8％)
α-Si 13．6～14．5nm(±3．2％) 101．5～109．4nm(±3．7％)
晶体Si 12．5～14．0nm(±5．7％) 97．1～118．6nm(±10．0％)
在此情况下，从实用角度看理想的允许值大约为±5％，从此可以理解α-SiH，α-SiHO及晶体Si是优选采用的。然而，正如开始所述，由于在光透射基板上晶体Si难于形成膜，因此晶体Si是不实用的。另外，图5中α-Si膜厚的实际允许值由于其光吸收与晶体Si相比变得较大，因而当与图6相比时很明显相对要小些。与此对照，在与氧混合的α-SiO情况下，与α-Si相比，在780nm其光吸收变得较小，而n2／n1变得较大，因此区域2中的反射率R1变得较大，结果，区域2中的膜厚的允许值显示出大于±5％的较大值。类似地，在与氢混合的α-SiH情况下，由于与其和氧混合相比，光吸收下降及n2／n1变得较大，所以在区域1中就能获得足够的膜厚允许值。因此，在膜厚较小的区域1得到足够的膜厚允许值的这一事实，使得在膜厚小的区域1中能够形成半透明反射膜3s，从而由于减少了成膜时间等带来了较大的实际好处。另外，由于与氧和氢混合的α-SiHO使光吸收进一步降低，结果在区域1及区域2膜厚允许值进一步增大，由此增加了生产上的有利性。
由表1及表2可知，表示构成第二信息层4s的半透明反射膜3s部分之光吸收的折射率虚数部分之值在780nm波长光时最好小于0．05。此外，应理解折射率实数部分之间的比值n2／n1，即作为第二信息层4s的ns1／ns2最好大于1．05。
考虑到这一因素，当第一信息层4f的金属反射膜3f通常采用例如Al制作时，各种材料膜的R1值就变成将图2至图6中R1值乘以Al对780nm波长的反射率81％与Au的相同波长反射率95％之比值即0．85所得到的值。就是说，在Al反射膜的情况，随着与Au膜相比R1变小15％，膜厚允许值不能做得较大。
而且，上述例子中第二信息层4s的半透明反射膜3s由在α-Si体系引入氧或氢或两者的组成材料构成，但是，通过在前述Ge、SiGe或α-Ge体系或α-SiGe体系中类似地引入氧或氢或两者，来合成材料以形成同样的膜，也能够得到相同效果。
正如上述，根据本发明，通过特定第一信息层4f金属反射膜3f和构成第二信息层4s的半透明反射膜3s之对应的光学特性，得到用于第二信息层4s的第二波长的第二再现光的反射率指标大于18％，结果，能够得到高质量的再现光；同时，通过使第一波长的第一再现光充分穿透第二信息层4s，以及通过使金属反射膜具有大于90％的反射率，尽管第一再现光在第二信息层3s中有一定程度的衰减，仍能使射向第一信息层4f的第一再现光以充分高的效率反射。因而，在第一再现光从第一信息层4f再现信息时，能够得到高质量的再现信号。
因此，当第一波长的第一再现光在770nm～830nm波长范围时，能够采用例如通常CD播放机。就是说，使得利用它们再现第一信息层4f成为可能。
另外，在图1结构中，用于第一信息层4f的第一再现光穿过第一和第二光透射基板1f和1s表面四次，但是，正如上述，由于其双折射设置为小于50nm，能够获得不逊于常规CD和DVD中100nm的双折射值的等值再现信号。
此外，上述例子是采用了两片光透射基板的情况，但是存在不局限于附图中示出的例子的一些情况，由此使得各种形式的变化成为可能，例如，利用双P方法在一片光透射基板上形成第一和第二信息层的坑，或者，当进行光透射基板的注射成型时同时形成一个信息层的坑，而利用双P方法形成另一个信息层的坑。另外，在图1结构中，第二信息层4s的记录密度要比第一信息层4f的记录密度大。
正如上述，根据本发明，通过特定第一信息层4f的金属反射膜3f和构成第二信息层4s的半透明反射膜3s的对应的光学特性，得到用于第二信息层4s的第二波长的第二再现光的反射率指标大于18％，结果能够获得良好质量的再现光；同时，通过使第一波长的第一再现光充分穿透第二信息层4s，以及通过使金属反射膜具有超过90％的反射率，尽管第一再现光在第二信息层3s中有一定程度的衰减，仍能使射向第一信息层4f的第一再现光以足够高的效率反射。因而，在利用第一再现光从第一信息层4f再现信息时，能够获得高质量的再现信号。
因而，当第一波长的第一再现光在770nm～830nm的波长范围时，能够采用例如通常CD播放机。就是说，使得利用它们再现第一信息层4f成为可能。
此外，在图1结构中，用于第一信息层4f的第一再现光穿过第一和第二光透射基板1f和1s表面四次，但是，正如上述，由于其双折射设置为小于50nm，因而能够获得不逊于常规CD和DVD中100nm的双折射值的等值再现信号。
另外，根据本发明的结构，由于第二信息层4s做成单层膜，与采用多层中叠压介质膜的结构相比，能够实现信息层设计和生产的简化及生产率的提高。
在经过上述参考附图对本发明优选实施例的说明之后，应当理解本发明并不局限于上述实施例，本领域技术人员在不超过所附权利要求限定本发明精神和范围的情况下，在其中的各种修改及改进都是可以实现的。

Claims (12)

1．一种多层光盘，其中第一信息层和第二信息层分层叠压形成为一张光盘，包括：
形成在所述第一信息层的金属反射膜，其对于波长范围为770nm～830nm的第一再现光，具有超过90％的反射率；和
形成在所述第二信息层的半透明反射膜，其对于所述第一再现光的折射率ns1和对于波长范围为615nm～655nm的第二再现光的折射率ns2的对应实数部分之间的比值ns2／ns1大于1．05。
2．一种多层光盘，其中第一信息层和第二信息层分层叠压形成为一张光盘，包括：
形成在所述第一信息层的金属反射膜，其对于波长范围为780nm～820nm的第一再现光，具有超过90％的反射率，和
形成在所述第二信息层的半透明反射膜，其对于所述第一再现光的折射率具有小于0．05的虚数部分。
3．根据权利要求1的多层光盘，其中所述半透明反射膜对于所述第一再现光的折射率之虚数部分小于0．05。
4．根据权利要求1的多层光盘，其中所述半透明反射膜由非晶膜形成，该非晶膜由非晶SiH、非晶SiO和非晶SiN之一的单种材料或者它们中两个以上加上非晶Si的混合材料构成。
5．根据权利要求2的多层光盘，其中所述半透明反射膜由非晶膜形成，该非晶膜由非晶SiH、非晶SiO和非晶SiN之一的单种材料或者它们中两个以上加上非晶Si的混合材料构成。
6．根据权利要求3的多层光盘，其中所述半透明反射膜由非晶膜形成，该非晶膜由非晶SiH、非晶SiO和非晶SiN之一的单种材料或者它们中两个以上加上非晶Si的混合材料构成。
7．根据权利要求1的多层光盘，其中所述半透明反射膜的膜厚设置为小于22nm。
8．根据权利要求2的多层光盘，其中所述半透明反射膜的膜厚设置为小于22nm。
9．根据权利要求3的多层光盘，其中所述半透明反射膜的膜厚设置为小于22nm。
10．根据权利要求1的多层光盘，其中具有所述第一信息层的第一塑料基板和具有所述第二信息层的第二塑料基板用透明胶粘结在一起，并且使得所述第一和第二基板对应的双折射小于50nm。
11．根据权利要求2的多层光盘，其中具有所述第一信息层的第一塑料基板和具有所述第二信息层的第二塑料基板用透明胶粘结在一起，并且使得所述第一和第二基板对应的双折射小于50nm。
12．根据权利要求3的多层光盘，其中具有所述第一信息层的第一塑料基板和具有所述第二信息层的第二塑料基板用透明胶粘结在一起，并且使得所述第一和第二基板对应的双折射小于50nm。
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