專利名稱：光學數據存儲介質及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多層光學數據存儲介質，該介質用于可重寫記錄，所述可重寫記錄是使用在記錄期間穿入介質入射面的聚焦輻射束進行的，所述介質包括-基板，在其一側上有-L0記錄疊層，該L0記錄疊層包括一個相變型L0記錄層，所述第一記錄疊層位于最接近所述入射面的位置上，并且當所述相變層處于非晶相時，所述第一記錄疊層的光透射率為TL0a，而當所述相變層處于晶相時，所述第一記錄疊層的光透射率為TL0c，-L1記錄疊層，包括一個相變型L1記錄層，該L1記錄層位于離所述入射面比離L0記錄疊層遠的位置上，-透明間隔層，介于所述記錄疊層之間，所述透明間隔層的厚度遠大于所述聚焦激光束的焦深，所述介質還包括預記錄信息。
本發明還涉及這種介質的應用。
背景技術：
從美國專利US5726969中，我們可以了解到本文起始段落中提到那種類型的光學存儲介質的一種實施例。用于音頻、視頻和數據應用的可重寫光學存儲正在迅速擴大市場。對于可重寫數字通用盤(DVD+RW)而言，存儲容量是4.7G比特。這是視頻記錄的極限存儲量。通過MPEG2壓縮能夠記錄1小時的高質量數字視頻和2小時的標準質量數字視頻。我們期望更長的記錄時間。一種選擇是使用具有多信息層的光盤(見附圖1)。只讀DVD(DVD-ROM)已經采用了這樣的盤。在所述已公開專利申請中提出了DVD可重寫雙記錄疊層盤。L0疊層(即，最接近激光器的疊層)具有大約50％的透射率。這些疊層由典型厚度介于30和60μm之間的間隔層分隔開。L1疊層(離激光源最遠的疊層)具有高反射能力并且需要非常敏感。這兩個疊層的有效反射一般為7％，也有可能為更高和更低的值，例如3％-18％。
所述疊層的記錄層是相變型的。基于相變原理的光學數據存儲介質是很具有吸引力的，因為它將直接改寫(DOW)及高存儲密度和與只讀光學數據存儲系統的易兼容性的可能性結合了起來。此處，數據存儲包括數字視頻、數字音頻和軟件數據存儲。相變光學記錄涉及使用經過聚焦的功率較高的輻射束，例如，聚焦激光束在晶體記錄層中形成超微米大小的非晶記錄標記。在信息記錄期間，介質相對于聚焦激光束移動，聚焦激光束依據所要記錄的信息進行調制。當高功率激光束熔化了晶體記錄層時就形成了標記。當切斷激光束和/或接著相對于記錄層進行移動時，在記錄層中進行對熔化標記的冷卻，在記錄層的照射區域中留下了一個非晶信息標記，而在未照射區域中仍然為晶體。已寫入非晶標記的擦除是通過再結晶實現的，這種再結晶是通過使用功率電平較低的同一激光進行加熱，而并不熔化記錄層而實現的。非晶標記代表數據位，這種數據位可以例如由較低功率的聚焦激光束從基板上讀取。非晶標記相對于晶體記錄層的反射差異促成了經調制的激光束，這一激光束隨后由檢測器轉換為隨所記錄的信息變化的調制光電流。
多疊層可重寫盤的一個重要問題是隨機存取。當第一次對盤進行記錄時，最接近激光器的入射面的L0疊層的L0記錄層經歷局部寫入。由于寫入和未寫入部分的透射率是不同的，因此L1記錄層的讀取和寫入可能會受到影響(見附圖2)。我們特別關心的是對數據信號、跟蹤和調焦信號的影響。我們知道，光盤驅動器能夠應付透射率相對較小的差異，例如，手指印、灰塵等造成的差異。但是當透射率差異超過某一個值時，盤的可播放性就會大大降低。在嚴重的情況下，盤就會再也無法使用。有兩種可行的解決方案。按照第一種方案，在對L1記錄層進行記錄之前，對L0記錄層進行預格式化或者完全寫入。該方法不是希望的方法，因為對用戶來說要花費很多時間，并且對于需要隨機存取的系統而言也是不理想的。如果可能的話應當盡量避免這種方法。第二種方案是對光學數據存儲介質進行優化，使得寫入和未寫入部分之間的透射率差異非常小(小于1％)。這稱為平衡透射，K Narumi(ISOM 2001)已經報告這種平衡透射對于405nm的輻射束波長具有良好的效果。對于650nm左右的波長，很難實現平衡透射。這種介質方法的缺點是限制了相變材料的可選范圍。這可能會對高速記錄造成妨礙。在650nm左右的波長下，適用于高速記錄的材料的光學特性使得對于實際的疊層設計而言不能實現平衡透射。
可重寫雙記錄疊層盤很有希望推向市場。目前，在DVD論壇中正在討論使用雙疊層盤來實現高清晰度電視記錄。在不久的將來，L0層的寫入和未寫入部分之間有相當大透射率差異的盤很有可能得到利用。有一個問題是，在局部寫入的L0記錄層中會出現相當大的透射率差異，這會降低盤的可播放性、可記錄性和/或隨機存取的可選擇性。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種本文起始段落中提到的那種光學數據存儲介質，此種介質即使在L0記錄層已經局部記錄了用戶數據時也具有優異的可播放性、可記錄性和隨機存取性能。
這一目的是通過按照本發明的光學數據存儲介質實現的，本發明的光學數據存儲介質的特征在于，所述預記錄信息包含一個標志符，該標志符根據所述L0疊層的透射率值TL0a和TL0c指示是否需要對L0記錄疊層的L0記錄層進行預格式化。
我們發現，當L0記錄疊層的用戶數據寫入部分和未寫入部分的光透射率處于某一界限之內時，不需要進行預格式化。一般來說，當用戶數據的寫入部分和未寫入部分之間的透射率差過大時，在記錄用戶數據之間進行預格式化是消除這一差異的唯一選擇。在后一情況下，例如，如果不進行預格式化，則會對伺服信號造成過大的干擾，所述伺服信號用于對介質的記錄層的其它部分進行成功且隨機的讀取和記錄。為了在是/否進行預格式化的選擇之間進行抉擇，預記錄的雙疊層盤應當含有根據所述的透射率差異是否需要對L0記錄層進行預格式化的信息。這樣，在用戶數據記錄之前進行的L0記錄層的預格式化就成為了一個可選項，其必要性由例如制造商預記錄在該介質中。所述預記錄信息是調制在下述至少其一中的基板內模壓制成的預制槽、基板內模壓制成的凹坑和記錄層L0和L1中的至少一個上所記錄的相變標記。這一選項是利用例如可用預制槽地址寫入(ADIP)字，或者在使用另一種盤格式(例如，DVD-RW)的情況下，利用其它以物理方式存在于盤上的預記錄信息(例如，模壓制成的凹坑)作為預記錄信息中的附加標志符(例如一位或多位的標志符)添加的。ADIP是將數據調制在光數據存儲介質的預制槽或導軌中的方法。這種調制是通過使預制槽擺動而實現的。所述信息還可以預記錄在介質的記錄層中，例如記錄在相變記錄層中，最好記錄在不干擾或不易干擾最終用戶的數據記錄的區域中，例如盤標識區或導入/導出區中。附加標志符的優點是，它保持了使用具有較大透射率差異的各種材料的可能。在可行的時候，介質的L0記錄層最好是(局部)在對記錄層L1進行記錄之前得以預格式化或記錄的。
在一種優選實施例中，0.40＜TL0a＜0.60且0.40＜TL0c＜0.60。當L0記錄疊層的寫入和未寫入部分的透射率處于這些界限之內時，不需要進行預格式化。在透射率的這一范圍內，可播放性、可記錄性和隨機存取仍然是可以接受的。模擬和測量表明，在跟蹤和其它相關信號發生惡化之前，晶相和非晶相變化疊層的透射率可以在40％和60％之間變化。這使得可以使用各種相變材料來制作L0層。
當L0疊層中有一個半透明金屬反射層，其厚度小于15nm時，是非常有益的。在這一厚度下，金屬仍然具有足夠的光透明度，這種光透明度是必要的，因為聚焦輻射束必須也到達L1層。當金屬層主要包括Ag和Cu之一時是很有利的。這兩種金屬具有額外的優點，在相對較低的厚度下，它們具有相對較大的熱傳導能力，這一點對于光透射而言是很有利的。
在另一種實施例中，所述L0和L1疊層各自具有基本相等的有效光反射率數值RL0和RL1。這樣的優點是當通過聚焦輻射束讀取信息時，調制信號能夠得到很好的平衡。在實踐中，RL0和RL1具有介于0.03到0.18之間的值，典型地均為0.07。所述記錄層包括從Ge、In、Sb和Te元素組中選出的至少三種元素。這些材料的合金也表現出了適合于需要高速記錄的高速率的性能。高速記錄反過來要求相變材料具有較短的完全結晶化時間(CET)。
在一種特殊的實施例中，存在一個附加記錄疊層L2，該附加記錄疊層由一個透明間隔層與L1疊層分隔開，該透明間隔層的厚度大于聚焦激光束的焦深。在這種情況下，存在三個記錄疊層，這樣將數據容量在原有的基礎上提高了接近50％。


下面將參照附圖更加詳細地對按照本發明的光學數據存儲介質的實施例和測量結果進行說明，其中附圖1表示按照本發明包括L0和L1疊層的光學數據存儲介質的一種實施例的示意性截面圖。其中各尺寸不是按比例畫出的；附圖2表示附圖1中的介質在L0記錄層已經進行了局部寫入的情況下的示意性截面圖；附圖3更加詳細地表示按照本發明的光學數據存儲介質的實施例的L0和L1疊層的疊層設計；附圖4a、4b和4c表示當對L1層進行讀取時，從光盤驅動器中取得的HF信號，其中a)L0是空的，b)L0是完全寫入的，c)L0是局部寫入的；附圖5表示分別從DL盤的L0和L1記錄層中讀取到的數據的眼圖；附圖6表示在對L1層進行寫入之前或之后對L0層進行寫入的情況下，從盤的L1記錄層上讀取的數據的平均抖動(％)；附圖7表示在局部寫入了L0記錄層的情況下，L1記錄層的開環推挽跟蹤信號；附圖8表示多層盤的L1ROM層的低頻濾波中央孔徑(CA)信號和3光點推挽信號。已對L0記錄層進行了局部寫入(半軌道段)；附圖9表示，尤其表示，雙層RW/ROM盤的L1層的塊誤碼率(BLER)數據；附圖10表示當對L0層進行了局部寫入時，在雙疊層盤的L1記錄層的不同軌道位置上讀取的數據的平均抖動Javg(％)和調制系數M(注意，L1是在局部寫入了L0之后寫入的)。
具體實施例方式
附圖1、2和3中，示出了一種用于可重寫記錄的多疊層光學數據存儲介質20的示意性截面圖，其中所述可重寫記錄是使用在記錄期間穿入介質20的入射面25的聚焦輻射束30進行的。介質20包括基板1a、1b，在其一側上有一個L0記錄疊層2，該L0記錄疊層包括一個相變型L0記錄層。該L0記錄疊層2位于最接近入射面25的位置上，并且當該相變層6處于非晶相時，其光透射率為TL0a，當該相變層6處于晶相時，其光透射率為TL0c，具有相變型L1記錄層11的L1記錄疊層3處于比L0記錄疊層2距離入射面25遠的位置上。透明間隔層4位于這兩個記錄疊層之間并且厚度為52μm，這個厚度大于聚焦激光束30的焦深。該透明間隔層4由本領域公知的UV光固化樹脂制成，并且可以通過旋涂或借助壓敏粘接劑(PSA)敷上一個透明塑料薄層。介質20包含借助預制槽地址寫入(ADIP)調制在基板內的模壓制成的預制槽21中的預記錄信息。所述調制是通過使預制槽21擺動實現的，這是一種公知技術。預記錄信息包含標識符，該標識符根據L0記錄疊層2的透射率TL0a和TL0c指示是否需要對L0記錄疊層2的L0記錄層6進行格式化。
附圖2中示出了L0記錄疊層2，該L0記錄疊層2已經局部記錄或寫入了數據2’，同時聚焦激光束30聚焦在L1記錄疊層3上。
附圖3中示出了雙疊層DVD+RW盤的兩個部分，包括具有L0疊層(稱為L0)、間隔層的半透明部分和具有L1疊層的部分(稱為L1)的部分。L0部分包括聚碳酸脂(PC)基板1b，該基板1b厚度為0.58mm并且帶有DVD+RW預制槽結構(此圖中未示出)，該預制槽深度為大約30nm，并且使用了ADIP信息。位于基板1b上的L0疊層包括第一電介質(ZnS)80(SiO2)20層5、一個6nm厚的相變層(包括從元素Ge、In、Sb和Te的組中選出的至少三種元素)、一個第二(ZnS)80(SiO2)20層7、一個3nmSi3N4覆蓋層7’、一個10nm厚的薄半透明金屬合金散熱和反射層8(主要包括Ag)、一個第二氮化硅覆蓋層9’和第三(ZnS)80(SiO2)20層9。所有的層都是通過濺射沉積的。L0疊層是所謂的IPII’MI’I疊層，其中符號I表示電介質層，I’是覆蓋層，P是相變記錄層，而M是金屬層。在L1部分的基板1a上，通過濺射沉積出了一個厚金屬反射和散熱層13(50nm厚的Al合金)、一個第一(ZnS)80(SiO2)20層12、一個12nm相變層11和一個第二(ZnS)80(SiO2)20層10。L1疊層是一個IPIM疊層，其中I、P和M的含義與前面所述的相同。在L0和L1記錄層6和11的初始化之后，即，結晶化之后，L1部分和L0部分通過一個將它們分隔開的透明間隔層4粘接到一起，該透明間隔層的厚度介于25-60μm之間，這里為52μm。L0和L1疊層2和3是分別設計的，從而使得它們具有有效光學反射率值RL0和RL1，這兩個值基本相等且均為7％。未記錄晶體L0記錄疊層2的透射率TL0c是40％，而已記錄(非晶)L0疊層2的透射率TL0a是52％。記錄部分的有效透射率接近43％，即，面積的1/4是標記。這樣，設L0疊層2的寫入區域的透射率等于(3TL0c+TL0a)/4。另一個記錄疊層L2(未示出)，可以位于借助厚度充分大于聚焦激光束的焦深的透明間隔層與L1疊層分隔開的位置上。在這種情況下，必須要對L0和L1疊層的透射率高低進行調整，以便平衡L0、L1和L2疊層形成的有效反射率數值。
附圖4中給出了三種情況下從雙疊層盤上讀出的L1記錄層6的HF讀取信號。在4a中，給出了L0未寫入情況下的軌跡，4b中給出了L0寫入的情況下的軌跡，4c中給出了L0層局部寫入(即，70個預制槽軌道中有寫入/未寫入的軌道)的情況下的軌跡。可以很清楚地看出L0層中的寫入軌道對HF信號的一些影響。附圖5中以眼圖形式給出了針對L0和L1記錄層的記錄結果。
在附圖6中，L1記錄層6的直接改寫(10 DOW周期)平均抖動Javg為大約11％，這由曲線61到64表示。也可以實現低于9％的L1記錄層的Javg水平，附圖10中示出了這種情況。L0記錄層的抖動為9％左右。L1記錄層2的平均抖動值受L0記錄層2的狀態的輕微影響。給出了兩個實驗結果。在第一個實驗中，首先對L1記錄層進行寫入，然后再寫入L0記錄層，通過這種方式研究讀取效果，因為L1寫入總是同樣地與L0圖樣無關。曲線61代表L0寫入之前抖動數據的線性擬合，而曲線62代表在L0寫入之后的抖動數據線性擬合。在第二個實驗中，首先對L0進行寫入，然后對L1進行寫入，通過這種方式模擬了局部寫入L0盤對寫入和讀取的影響。曲線63代表L0寫入之前抖動數據的線性擬合，而曲線64代表在L0寫入之后的抖動數據線性擬合。附圖10中也使用了后一種方法(首先寫入L0)。
附圖7表示在局部寫入L0記錄層的情況下L1記錄層的開環推挽跟蹤信號。該開環信號是激光未跟蹤在預制槽上時的跟蹤信號，即，未啟用跟蹤伺服時。在該信號中看不到明顯的干擾。
附圖8中示出了歸一化推挽和中央孔徑(CA)信號82和81沒有遭到嚴重惡化。為了測試局部寫入L0記錄層對L1層的誤碼率數據率的影響，制作了一個具有只讀ROM L1層的雙層盤。該ROM盤的數據由視頻流(ECC校正數據)構成。該ROM盤的反射與前面介紹的L1層是同等的。在L0中對一段半軌道進行了寫入作為測試圖案，在這種情況下，僅僅記錄了幾個相鄰軌道的整圈的180度部分。這可以看作比特誤差最壞情況下的圖案。示出了聚焦激光束跨越L0寫入/未寫入過渡段的情況下的ROM層的3光點推挽信號82。歸一化信號受到了輕微的影響，但沒有觀察到明顯的偏移。跟蹤沒有出現問題，但是要注意到，由于將ROM盤用作L1盤，推挽信號82比較小。塊誤碼率(BLER)很低，有的塊都可以得到修正，并且即使在這種最壞的情況的條件下，也沒有觀察到局部寫入L0記錄層的影響，附圖9中的曲線91示出了這種情況。附圖9中的其它測得參數此時不認為相關。
通過推挽信號的模擬研究了局部寫入L0記錄層6的影響。表1中給出了計算結果，該計算結果為透射率TL0a和TL0c的函數。聚焦激光束30的位置是這樣的光束的一半通過寫入區。再次將寫入區的透射率設為等于(3Tc+Ta)/4。可以清楚地看出，對于0.40＜TL0a＜0.60且0.40＜TL0c＜0.60而言，推挽信號中的偏移很小(＜2nm)，并且遠遠小于所允許的16nm，這個16nm是依據DVD+RW格式技術規格手冊第1.1版的最大允許值。
因此，這兩個模擬和實驗結果表明，對于0.40到0.60的透射率值TL0a和TL0c的實際范圍而言，在L0記錄層6上寫入信息對跟蹤和讀取系統的影響基本上是不存在的。

表1針對寫入和空軌道的變化透射率差異計算出來的推挽偏移(單位為nm)。聚焦激光束的位置為光束30的一半穿過寫入區。
附圖10中示出了當透過局部寫入L0記錄層6對L1記錄層11進行寫入時，未寫入或寫入L0記錄層6對DVD+RW雙疊層盤的L1記錄層的平均抖動Javg的影響。在L0記錄層已經被寫入的位置上，Javg減小大約0.5％。沿著盤Javg的變化為大約0.5％。寫入在L0記錄層中的圖案由與100個空(未寫入)軌道交替的5乘100個軌道的EFM+、500個軌道的L0EFM數據(如通過附圖8介紹的那樣寫入半圓形圖案)、100個空軌道和1000個EFM+L0的軌道構成。在調制系數(M)曲線102中，可以清楚地看出這個圖案。在L0記錄層受到了寫入的區域中，Javg減小，這是因為L0疊層的透射率相對較高，即，高大約10％。這導致了L1記錄層中的激光記錄功率增大，這反過來造成調制系數增大而Javg降低，這在曲線101中可以清楚地看出。
應當注意，上述的實施例和實驗數據是用于說明而非限定本發明，并且本領域的技術人員能夠設計出很多可供選擇的不同的實施方案，而不會超出所附權利要求書的范圍。在權利要求書中，置于括號中的任何附圖標記皆不應理解為是對權利要求的限定。詞“包括”并不排除存在權利要求中未列出的元件或步驟的情況。置于元件之前的詞“一個”或“一”并不排除存在多個此種元件的情況。在相互不同的從屬權利要求中引用的特定手段這一事實并不代表不能在有利的情況下組合使用這些手段。
按照本發明，介紹了一種用于可重寫記錄的多疊層光學數據存儲介質，所述可重寫記錄是使用穿入入射面的聚焦輻射束進行的。所述介質具有一個基板和一個L0記錄疊層及一個L1記錄疊層，這兩個記錄疊層包括一個相變型L0和L1記錄層，并且這兩個記錄疊層借助一個透明間隔層分隔開。所述L0記錄疊層位于最接近所述入射面的位置上，并且當所述相變層處于非晶相時，所述第一記錄疊層的光透射率為TL0a，而當所述相變層處于晶相時，所述第一記錄疊層的光透射率為TL0c。所述介質還包括調制在下述至少其一中的預記錄信息基板內模壓制成的預制槽、基板內模壓制成的凹坑和記錄層L0和L1中的至少一個上所記錄的相變標記。所述預記錄信息含有一個標志符，該標志符根據所述L0疊層的透射率值TL0a和TL0c指示是否需要對L0記錄疊層的L0記錄層進行格式化。通過這種方式，實現了這樣的效果即使當所述L0記錄層已經局部記錄了信息時，所述介質也具有優異的可播放性、可記錄性和隨機存取性能。
權利要求
1.一種用于可重寫記錄的多疊層光學數據存儲介質，所述可重寫記錄是使用在記錄期間穿入介質入射面的聚焦輻射束進行的，所述介質包括-基板，在其一側上有-L0記錄疊層，該L0記錄疊層包括一個相變型L0記錄層，所述第一記錄疊層位于最接近所述入射面的位置上，并且當所述相變層處于非晶相時，所述第一記錄疊層的光透射率為TL0a，而當所述相變層處于晶相時，所述第一記錄疊層的光透射率為TL0c，-L1記錄疊層，包括一個相變型L1記錄層，該L1記錄層位于離所述入射面比離L0記錄疊層遠的位置上，-透明間隔層，介于所述記錄疊層之間，所述透明間隔層的厚度基本大于所述聚焦激光束的焦深，所述介質還包括預記錄信息，其特征在于，所述預記錄信息包含一個標志符，該標志符根據所述L0疊層的透射率值TL0a和TL0c指示是否需要對L0記錄疊層的L0記錄層進行格式化。
2.按照權利要求1所述的光學數據存儲介質，其中所述預記錄信息是調制在下述至少其一中的基板內模壓制成的預制槽、基板內模壓制成的凹坑和記錄層L0和L1中的至少一個上所記錄的相變標記。
3.按照權利要求1或2所述的光學數據記錄介質，其中0.40＜TL0a＜0.60且0.40＜TL0c＜0.60。
4.按照權利要求1-3中任何一項所述的光學數據記錄介質，其中在L0疊層中有一個半透明金屬反射層，其厚度小于15nm。
5.按照權利要求4所述的光學數據記錄介質，其中所述金屬主要包括元素Ag和Cu之一。
6.按照權利要求1-5中任何一項所述的光學數據記錄介質，其中所述L0和L1疊層各自具有基本相等的有效光反射率數值RL0和RL1。
7.按照權利要求6所述的光學數據存儲介質，其中RL0和RL1具有介于0.03和0.18之間的值。
8.按照權利要求1所述的光學數據存儲介質，其中所述記錄層包括從Ge、In、Sb和Te元素組中選出的至少三種元素。
9.按照前述任何一項權利要求所述的光學數據存儲介質，其中存在一個附加記錄疊層L2，該附加記錄疊層由一個透明間隔層與L1疊層分隔開，該透明間隔層的厚度大于聚焦激光束的焦深。
10.按照權利要求1-9中任何一項所述的光學數據存儲介質在多疊層和隨機存取可重寫數據記錄方面的應用。
全文摘要
描述了一種用于可重寫記錄的多疊層光學數據存儲介質(20)，所述可重寫記錄是使用入射面(25)的聚焦輻射束(30)進行的。所述介質(20)具有一個基板(1a，1b)和一個L
文檔編號G11B7/24038GK1656543SQ03812017
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月14日 優先權日2002年5月27日
發明者P·H·沃爾里, W·R·科佩斯, R·韋魯特斯, B·尹, R·R·德倫坦 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司