A new type of recordable optical disc, called metal-polymer deformation(MPD) disc, was proposed for lower material cost, better quality and better productivity. The disc consists of pregrooved polycarbonate substrate, thin metal film, organic layer, reflective layer and protective layer. MPD concept applied to compact disc recordable (CD-R) and digital versatile disc recordable (DVD-R). Their recording characteristics were studied and interpreted by the deformation shape of each layer after recording. The advantages of the new media were also investigated.
Layer thickness was designed for high reflectance. Heat distribution on recording process was calculated by using finite element technique. Generated heat from thin metal layer by absorption of the writing laser induces the expansion of substrate and the deformation of the organic layer, these are recorded in pit of information. Discs were prepared by conventional method with one additional process of thin metal sputtering on substrate. The organic buffer layer was applied on the metal sputtered substrate by the spin coating method. Silver reflective layer was applied over the buffer layer by the sputtering method. Commercialized CD-R or DVD-R recorder were used to record information on the discs. Their recording characteristics were evaluated by CD and DVD evaluation system. Durability of disc was evaluated by thermal acceleration test and by the exposure of xenon lamp. Deformation shape of each layer after recording was investigated using atomic force microcopy(AFM) and scanning electron microscopy(SEM). The effect of thermal and optical properties of thin metal and organic layer on recording characteristics was studied.
MPD CD-R satisfied specifications from 1x to 8x recording speed. The faster recording speed induces the smaller deformation on substrate and the bigger deformation on organic layer resulting in the higher modulated signal amplitude. These deformations took place just within groove area on account of low thermal conductivity of thin metal and no melt flow due to thin organic layer, which resulted in low cross-talk. The organic layer thickness was 60~80 nm that is thinner than that of conventional CD-R, 100~150 nm. MPD CD-R with thin organic layer has higher reflectance (more than 35%) at DVD wavelength (650 nm) than that of conventional CD-R (less than 15%) and is playable on DVD player. Thin metal layer should have low thermal conductivity and high melting temperature. The organic material with high refractive index at reading laser wavelength is recommendable.
3.95 GB DVD-R also satisfied specifications. Thanks to the less wavelength dependency of thin metal layer, this disc is recordable by 635 nm and 650 nm wavelength with the same recording characteristics. Tilt margin of this disc is wider than that of conventional DVD-R, which results in good processibility and playability.
MPD system has following advantages.
1) Less wavelength dependency such as DVD palyable CD-R
2) Low material cost due to thin organic layer and wide material window.
3) Good light stability by the protection of organic by thin metal film
4) Good processibility due to good wetting of coating solution on thin metal and wide tilt margin
디스크 재료의 저가격화 기록특성의 향상 및 양산성 향상을 위해 새로운 기록가능형 광디스크인 MPD (metal polymer deformation) 디스크를 제안하였다. 이 디스크는 안내 골을 갖고 있는 polycarbonate 기판, 금속박막, 유기 완충층, 반사막 및 보호막으로 구성된다. MPD 개념을 CD-R (Compact Disc-Recordable)과 DVD-R (Digital Versatile Disc-Recordable)에 적용하여 그들의 기록 특성과 각층의 기록 후 변형형태와의 관계를 조사하고, 이 새로운 디스크의 장점을 조사하였다.
각층의 두께는 디스크의 반사율이 크게 갖도록 설계되었으며, 기록시 열 분포를 유한 요소법을 이용하여 계산하였다. 기록광을 흡수하는 금속박막에 의해 발생되는 열은 기판 및 유기 완충충의 변형을 유도하고, 이들이 정보 기록 피트로 기록된다. 기록 전에는 반사막에서 반사되는 빛과 금속박막에서 반사되는 빛이 보강 간섭이 되도록 완충층 두께를 갖게하고, 기록후에 기판의 팽창으로 앞의 두 반사빛이 소멸간섭 갖게되어 반사율이 저하된다. 완충층은 금속박막에서 발생하는 열에 간접 가열되어 분해 또는 변형되고, 미 기록 부위와 기록 부위사이에 광 경로차이가 발생하여 기록부위에서 반사율이 저하되어 기록 피트가 형성된다.
디스크의 제조는 기판 위에 금속박막을 sputtering 하는 것을 제외하고는 기존CD-R 또는 DVD-R 제조 방법과 동일하다. 유기 완충층을 금속박막 위에 스핀코팅방법으로 도포하고 그 위에 은 반사막 및 보호층을 만들었다. 상용화된 CD-R 또는DVD-R 기록 장치를 이용하여 디스크에 정보를 기록하였으며,이들의 기록특성은 CD 또는 DVD 평가 설비를 이용하여 평가하였다. 디스크의 내구성은 고온 고습하에서 내열성 실험 및 제논 lamp 하에서 내광성 실험으로 실시하였다. 기록후 각충의 변형은 원자력간 현미경 (AFM) 및 주사전자 현미경 (SEM)으로 관찰하였으며,금속박막과 유기 완충층의 광학 특성,열특성과 변형과의 관계를 조사하였다.
MPD 개념을 CD-R 에 응용한 MPD CD-R 은 1 배속 기록에서 8 배속 기록까지의 기록특성이 규격을 만족하였다. 기록 속도가 증가할수록 기판변형은 작고, 유기완충층변형은 증가하여 기록신호의 크기가 증가되었으며,각층의 변형이 안내골부위에서만 발생하고, 안내골 사이에서는 변형이 작아 cross-talk 이 작게 측정되었다.변형이 안내골에서만 발생하는 것은 금속이 박막형태로 열전도율이 작고, 유기 완충층이 앓아 (60-80nm) 용융흐름이 불가능하기 때문이었다. 기존 색소형 CD-R 은600-700nm 영역에서 최대 흡수를 갖는 색소가 100-150nm 두께로 코팅되어, DVDP(Digital Versatile Disc Player)의 사용 파장인 650nm 파장에 서 15% 이하의 반사율을 갖고 있어,DVDP 에서 재생이 불가능하였다. 그러나 MPD 디스크는 색소형 디스크에비해 완충충에서 흡수가 작고 두께가 앓아 반사슐이 35% 이상으로 DVDP 에서 재생가능한 장점이 있다. MPD 용 금속박막 재료는 작은 cross-talk 을 줄이기 위해 열전율이 작고,기록시 미세 금속입자 덩어리가 생성되는 것을 방지하기 위해 높은 용융온도를 갖는 재료가 적당하다.완충층용 재료는 기록 및 재생 파장영역에서 굴절울이크게 용용흐름이 없는 재료가 적당하다.
MPD 개념을 DVD-R 에 적용한 3.95GB MPD DVD-R 은 표준화 규격을 만족하였으며, 공학계수의 파장의 존성 이 작은 금속박막으로 인해 635nm 및 650nm 양파장에서 기록 가능한 장점이 있다. MPD DVD-R 은 안내골에만 변형이 발생하여 cross-talk 이 작게 기록되어 기존 색소형에 비해 디스크가 휘게 되어도 기록 특성이 우수한 넓은 tilt margin 올 갖고 있어 재생성이 우수하였다.
MPD 디스크는 기존 색소형에 비해 다음과 같은 장점을 갖고있다.
1)파장의존성이 작아 DVDP 에서 재생 가능한 CD-R 이 가능하며,635nm/650nm기록 가능한 DVD-R 로 가능하였다.
2)유기 완충충의 두께가 앓고,재료의 선택범위가 넓고 스핀 코탱시 도포 용액양이 작아,디스크당 재료비가 작다.
3)금속박막이 기판으로부터 유입되는 불순물을 차단하여 광 신뢰성이 우수하다.
4)안내골에서만의 변형으로 디스크 tilt margin 이 넓고,스핀코팅이 용이하여 양산성이 우수하다.
