1、1 生活材料今日科技生活 五 育樂 光碟燒錄原理教師 翁克偉博士中華民國九十二年十二月 2 光碟燒錄原理Contents 一 光碟的種類 二 光碟讀取方式 三 光碟記錄材料 四 光碟片注意事項 五 光碟機讀取資料架構 3 光碟燒錄原理光碟的種類 一 CD DA CompactDiscDigitalAudio 即一般的CD音響 可說是CD系列光碟機的始祖 由Philips與Sony公司於1980年發表 技術內容寫成一本紅皮書 RedBook 1982年 主要應用於音樂儲存 4 光碟燒錄原理光碟的種類 續 二 CD ROM CompactDisc ReadOnlyMomory 利用模造在碟片基板上
2、的相位洞 phasepits 或稱為訊洞作為唯讀性的資料儲存 由Philips與Sony公司於1984年發表 技術內容寫成一本黃皮書 YellowBook 主要應用於紀錄數據及聲音 影像 圖形等資料 5 光碟燒錄原理光碟的種類 續 三 Video CD屬於CD ROM的一種 由Philips Sony JVC Matsushita公司共同開發 在Video CD光碟片中儲存的是以MPEG 1壓縮 full screen full motion的數位視訊 video 及音訊 audio 直徑12公分光碟片中最多可存入74分鐘此類訊號 主要應用於電影 卡拉OK等 6 光碟燒錄原理光碟的種類 續 四
3、 CD R CompactDisc Recordable 為僅寫一次型光碟機 光碟片讀取原理屬反射式 其碟片較唯讀型多一層有機染料 organicdye 構成的記錄層 供使用者作一次資料寫錄 由Philips與Sony公司於1990年發表 技術內容寫成一本橘皮書 OrangeBookII 7 光碟燒錄原理光碟的種類 續 五 CD RW CompactDisc ReWritable 為可覆寫型系統 指的是資料可重覆寫入及擦除 如同軟碟機及硬碟一般 以一種相變化型的材料做為紀錄層 利用雷射加熱的效應 使碟片材料結構產生結晶態或非結晶狀態的變化 而達到擦除與寫入的動作 1995年正式制訂其格式 從此
4、CD系列光碟機已經算是發展成熟 8 光碟燒錄原理光碟的種類 續 六 MO Magneto opticalDiskDrive 利用偏極化的光通過磁性材料產生的極化面而旋轉的原理來做寫入 擦除 讀取的操作 目前商品化的磁光型光碟片之容量為230MB 3 5英吋 640MB 3 5英吋及1 3GB 5 25英吋 9 光碟燒錄原理光碟讀取方式 從雷射二極體所射出的雷射光 射到Lands 平地 的部分在反射回來的雷射光 其強度不會變弱 而射到Pits 訊洞 的部分在反射回來的雷射光 其強度則會變弱 光碟機就是經由雷射光的變化來辨別0與1 10 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 光碟片表面圖 Pits 於光碟
5、軌道上挖坑所形成的坑洞 Lands 指在軌道上不挖坑的部分 11 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 CD ROM 碟片結構圖 Label 印上去的文字圖樣 ProtectionLayer 保護層 ReflectionLayer 反射層 反射雷射 鋁層 Substrate 基板 透明的聚碳酸酯塑膠 12 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 CD ROM 碟片結構圖 Label 印上去的文字圖樣 ProtectionLayer 保護層 ReflectionLayer 反射層 反射雷射 鋁層 Substrate 基板 透明的聚碳酸酯塑膠 13 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 CD R 14 光碟燒錄原理光碟讀取
6、方式 續 CD R 15 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 CD RW 相變化光碟片結構圖 16 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 CD RW寫入階段 cd rom內讀寫層的材料原來為結晶狀態 當受到功率較大的雷射光照射時 溫度會開始升高 當溫度超過其熔點時 讀寫層的材料會開始熔化並成液態狀 當雷射光一關掉後 讀寫層的材料即呈非結晶狀態 這種變化即是相的變化 17 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 CD RW讀取階段 再讀取時 則使用功率最小的雷射光來讀取 其原理大致與cd rom同 擦拭階段 當非結晶狀態的讀寫層又受到功率稍小的雷射光的照射時 若溫度超過重結晶點 此點溫度比熔點低 時 此時讀寫層的晶體又
7、會重新排列 等冷卻後 讀寫層又會變成結晶狀態 所以上面的紀錄就被擦拭回原狀態 18 光碟燒錄原理光碟讀取方式 續 MO MO CD RW 19 光碟燒錄原理光碟記錄材料 CD R 有機色素染料 organicdye CD RW 相變化記錄材料 MO 強磁異方性材料 20 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 有機色素染料 organicdye 綠片 花青 Cyanine 適合燒錄資料 相容性極佳 金片 鈦花青 Phthalocyanine 適合燒錄資料可保存100年 藍片 偶氮金屬錯化物 Azo MetalComplex 染料 適合燒錄音樂和VCD 21 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 花青 Cyani
8、ne 綠片 金綠片 青藍色 可以接受較廣泛的鐳射讀取範圍 相容性較好 由太陽佑電 TaiyoYuden 所發明 非常怕強光 是屬於感光性材料 與黃金反射層合併組合 而成爲綠色 藍 黃 綠 22 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 花青 Cyanine 綠片 金綠片 使用銀來作爲反射層 則成爲深藍色 加入不易感光的材料以降低對光的感應能力 結果使花菁染料的顔色變淡 從而使這種綠片的顔色與金盤接近 被稱爲金綠片 23 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 鈦花青 Phthalocyanine 金片 白金片 淡黃色 保存性佳 由三井公司 MitsuiToatsu 所發明 對室內和室外強光均不敏感 與反射層的金色混
9、合後 使CD R光碟的記錄面呈黃金色 24 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 鈦花青 Phthalocyanine 金片 白金片 與銀反射層合併組合 成爲白金色 稱爲白金片 25 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 偶氮金屬錯化物染料 Azo MetalComplex 藍片 深藍色 壽命長 由Verbatim公司 為三菱化學公司 MitsubishiChemicalCompany 子公司 所發明 抗紫外線能力較佳 價格比花青及鈦花青便宜 使用銀反射層 CD R光碟的記錄面呈藍色 26 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 彩色碟片 有各種顏色 有黑 棕 黃 紅 紫 深藍 深綠等色彩 在白金片的基礎上將本來呈透明
10、色的片體加上顔色 以用來增強燒錄片的抗光性和美觀性 27 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 相變化記錄材料 CD RW 使用Ge Sb Te材料 添加其他元素以控制結晶速度 28 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 強磁異方性材料 MO 使用TbFeCo之稀土 過渡金屬 RE TM 非結晶薄膜 添加Co於Tb Fe會略提高居禮溫度及kerr轉角 未來將以Co Pt為材料 29 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 反射層材料 CD CD ROM Al或Al合金 CD RW Al或Al合金 添加若干Ti Ta或Cr 30 光碟燒錄原理光碟記錄材料 續 介電層材料 以ZnS為介電材料 其易於晶粒成長且熱傳導速率較高
11、 加入20 30mol SiO2降低熱膨脹率 以防止讀寫光碟時 不同材料間熱膨脹率不同而變形 未來擬用AlN作為介電材料來進一步降低熱傳導率 31 光碟燒錄原理光碟片注意事項 防止陽光直射 陽光是CD R碟片的大敵 有 CD R見光死 一說 碟片上不要貼標簽 當光碟在光碟機中高速旋轉時 會産生重心不穩的情況 對於光碟機的讀取會産生一定程度的影響 32 光碟燒錄原理光碟片注意事項 續 防止刮傷 燒錄片的兩面都怕刮 上層的資料面要是刮了 傷及資料儲存用的染料層 資料就全完了 防水防潮 長期放在潮濕陰暗的環境中 燒錄面會生出一層黴菌 運氣好的話 擦一下就擦掉了 運氣不好的話 資料面可能就毀了 33
12、光碟燒錄原理光碟機讀取資料架構 光碟機光機系統 34 光碟燒錄原理光碟機讀取資料架構 續 光碟機光學讀取頭 35 光碟燒錄原理光碟機讀取資料架構 續 CD ROM CD R CD RW讀寫頭特性比較 36 目前DVD規格混亂 DVD RW聯盟 DVD論壇兩大可覆寫式DVD標準團體顯然無意合作不過還是有部分廠商決定另闢蹊徑繞過這場規格之爭 Sony最近就宣布兩款燒錄機 分別可支援DVD RW與DVD RW光碟片 HP Dell 飛利浦等 全都支持DVD RW規格 蘋果電腦 日立 NEC 先鋒 三星與夏普等 提倡的規格包括DVD RAM DVD R DVD RW Pratt也指出微軟將會在未來的作
13、業系統中直接支援DVD RW規格 許多PC大廠也是支援此一規格 因此DVD RW成為產業標準只是遲早的問題 37 DVD規格 38 DVD直徑12公分 與CD的直徑相同 由兩個厚度各為0 6mm之基質層相互黏貼而成 組成 單片單面使用 或者 單片雙面使用 之光碟厚1 2mm總共可以製作出 單層資訊 單面 雙層資訊 單面 單層資訊 雙面 以及 雙層資訊 雙面 四種不同儲存容量的光碟型式 39 DVD 5以單層資訊單面使用時 可以容納4 7GBytes 可當DVD ROM DVDAudio 或DVDVideo DVD 10以單層資訊雙面使用時 容量加倍 可達9 4GBytes 僅供DVDVideo
14、之用 DVD 9 雙層 單面 可容納8 5GBytes 可當DVD ROM或DVDVideo DVD 18以雙層資訊 雙面使用的光碟而言 容量加倍 可達17GBytes 可當DVD ROM或DVDVideo 除此之外 亦擬定有8公分直徑的DVD 單層單面的容量是1 4GBytes 雙層單面的容量則是2 6GBytes 40 為了提升雙層資訊之讀訊解析度與精確度 雙層資訊光碟之最小訊坑長度 PitLength 是0 44mm 比單層的0 4mm更大一些 如此可以提高讀訊精確度 但卻因此而降低了每一層之資訊儲存容量 另外 在線性讀取速度上彼此亦有差異 雙層的是每秒3 84公尺 單層的則比較慢一些
15、是每秒3 27至3 49公尺 相對之下 標準CD的讀取速度每秒只有1 2至1 4公尺 遠遠落後於DVD者 以上所述之DVD 5 DVD 10 DVD 9 與DVD 18四種均屬於唯讀專用或者重播專用之光碟 至於可錄一次的DVD R以及可錄多次的DVD RAM 同樣也有單面與雙面之區分 41 特別值得一提的是雙層資訊儲存的DVD裡 其第二層資訊可以由內圈讀至外圈 亦可由外圈讀至內圈 以標準的CD而言 其 卷宗資訊 volumeinformation 必定是儲存於最內圈部位 指接近碟片圓心 42 43 最新DVD現況 HD DVD基本上繼承了現有DVD的碟片物理規格 使用兩片厚0 6公厘的碟片黏合而成的1 2公厘厚度 12公分直徑的碟片 與CDDVD同 紀錄層位於碟片表面0 6公厘深度 與DVD同 讀寫的雷射光源由現有DVD的650奈米紅光縮短為405奈米藍紫光 容量則由現有DVD的單層4 7GB提升為單層15 20GB
