Eine Standard-CD-R ist eine 1,2 mm dicke Scheibe aus Polycarbonat mit einem Durchmesser von etwa 120 mm (5″). Die 120 mm (5″) große Scheibe hat eine Speicherkapazität von 74 Minuten Audio oder 650 Megabyte Daten. CD-R/RWs sind mit einer Speicherkapazität von 80 Minuten Audio oder 737.280.000 Bytes (700 MiB) erhältlich, die durch das Formen der Disc mit den engsten zulässigen Toleranzen gemäß den Orange Book CD-R/CD-RW-Standards erreicht werden. Die technische Marge, die für die Herstellungstoleranz reserviert war, wurde stattdessen für die Datenkapazität verwendet, so dass keine Toleranz für die Herstellung übrig blieb; damit diese Discs wirklich dem Orange-Book-Standard entsprechen, muss der Herstellungsprozess perfekt sein.
Trotz des Vorstehenden haben die meisten CD-Rs auf dem Markt eine Kapazität von 80 Minuten. Es gibt auch 90-Minuten-/790-MiB- und 99-Minuten-/870-MiB-Discs, die jedoch weniger verbreitet sind (und vom Orange-Book-Standard völlig abweichen). Aufgrund der Beschränkungen der Datenstrukturen im ATIP (siehe unten) werden 90- und 99-Minuten-Rohlinge als 80-Minuten-Rohlinge erkannt. (Da der ATIP Teil des Orange Book-Standards ist, ist es nur natürlich, dass sein Design einige nicht standardmäßige Disc-Konfigurationen nicht unterstützt). Um die zusätzliche Kapazität nutzen zu können, müssen diese Rohlinge daher mit den „Overburn“-Optionen in der CD-Brennsoftware gebrannt werden. (Overburning selbst heißt so, weil es außerhalb der geschriebenen Standards liegt, aber aufgrund der Marktnachfrage ist es dennoch eine De-facto-Standardfunktion in den meisten CD-Brennlaufwerken und der dazugehörigen Software geworden.)
Einige Laufwerke verwenden spezielle Techniken, wie z.B. GigaRec von Plextor oder HD-BURN von Sanyo, um mehr Daten auf eine bestimmte Disc zu schreiben; diese Techniken sind von Natur aus Abweichungen von den Compact-Disc-Standards (Red, Yellow und/oder Orange Book), wodurch die bespielten Discs proprietär formatiert und nicht vollständig mit Standard-CD-Playern und -Laufwerken kompatibel sind. Bei bestimmten Anwendungen, bei denen die Discs nicht außerhalb einer privaten Gruppe verteilt oder ausgetauscht und nicht für lange Zeit archiviert werden, kann ein proprietäres Format jedoch ein akzeptabler Weg sein, um eine größere Kapazität zu erhalten (bis zu 1,2 GiB mit GigaRec oder 1,8 GiB mit HD-BURN auf 99-Minuten-Medien). Das größte Risiko bei der Verwendung eines solchen proprietären Datenspeicherformats besteht darin, dass es schwierig oder unmöglich sein kann, die zum Lesen des Mediums verwendete Hardware zu reparieren oder zu ersetzen, wenn sie ausfällt, beschädigt wird oder verloren geht, nachdem der ursprüngliche Hersteller sie nicht mehr anbietet.
Nichts in den Red, Yellow oder Orange Book-Standards verbietet es, dass Lese-/Schreibgeräte die Kapazität haben, Discs zu lesen oder zu beschreiben, die über die Compact Disc-Standards hinausgehen. Die Normen verlangen zwar, dass die Discs bestimmte Anforderungen erfüllen, um als Compact Disc bezeichnet zu werden, aber die anderen Discs können mit anderen Namen bezeichnet werden; wäre dies nicht der Fall, könnte kein DVD-Laufwerk legal das Compact Disc-Logo tragen. Auch wenn Abspielgeräte und Laufwerke über Fähigkeiten verfügen, die über die Normen hinausgehen und es ihnen ermöglichen, nicht genormte Discs zu lesen und zu beschreiben, gibt es in Ermangelung ausdrücklicher zusätzlicher Herstellerspezifikationen, die über die normale Compact-Disc-Logo-Zertifizierung hinausgehen, keine Garantie dafür, dass ein bestimmtes Abspielgerät oder Laufwerk überhaupt oder durchgängig über die Normen hinausgeht. Wenn dasselbe Gerät ohne explizite, über das Compact-Disc-Logo hinausgehende Leistungsspezifikationen anfänglich Nicht-Standard-Discs zuverlässig abspielt, gibt es außerdem keine Garantie, dass es dies später nicht doch nicht mehr tut, und in diesem Fall gibt es keine Garantie, dass es durch Wartung oder Anpassung wieder dazu gebracht werden kann, dies zu tun. Daher sind Discs mit einer Kapazität von mehr als 650 MB und insbesondere solche mit mehr als 700 MB zwischen Abspielgeräten/Laufwerken weniger austauschbar als Standarddiscs und eignen sich nicht sehr gut für die Archivierung, da ihre Lesbarkeit auf zukünftigen Geräten oder sogar auf denselben Geräten zu einem zukünftigen Zeitpunkt nicht gewährleistet ist, selbst wenn man davon ausgeht, dass die Discs überhaupt nicht degradiert werden.
Die Polycarbonatscheibe enthält eine spiralförmige Rille, die „Pregroove“ genannt wird (weil sie eingegossen wird, bevor Daten auf die Scheibe geschrieben werden), um den Laserstrahl beim Schreiben und Lesen von Informationen zu leiten. Die Vorrille ist in die Oberseite der Polycarbonat-Disc eingegossen, wo die Pits und Lands geformt wären, wenn es sich um eine gepresste (nicht beschreibbare) Red Book CD handeln würde; die Unterseite, die dem Laserstrahl im Player oder Laufwerk zugewandt ist, ist flach und glatt. Die Polycarbonatscheibe wird auf der Seite mit den Vorrillen mit einer sehr dünnen Schicht organischen Farbstoffs beschichtet. Anschließend wird auf den Farbstoff eine dünne, reflektierende Schicht aus Silber, einer Silberlegierung oder Gold aufgetragen. Schließlich wird eine Schutzschicht aus einem fotopolymerisierbaren Lack auf den Metallreflektor aufgetragen und mit UV-Licht gehärtet.
Ein CD-Rohling ist nicht „leer“; die Vorrille hat einen Wobble (den ATIP), der dem Schreiblaser hilft, in der Spur zu bleiben und die Daten mit konstanter Geschwindigkeit auf die Disc zu schreiben. Die Aufrechterhaltung einer konstanten Geschwindigkeit ist wichtig, um die richtige Größe und den richtigen Abstand der in die Farbstoffschicht eingebrannten Pits und Lands zu gewährleisten. Die ATIP (absolute time in pregroove) liefert nicht nur Zeitinformationen, sondern ist auch eine Datenspur, die Informationen über den CD-R-Hersteller, den verwendeten Farbstoff und Medieninformationen (Disc-Länge usw.) enthält. Die Pregroove wird nicht zerstört, wenn die Daten auf die CD-R geschrieben werden, ein Punkt, den einige Kopierschutzsysteme nutzen, um Kopien von einer Original-CD zu unterscheiden.
Es gibt drei Grundformulierungen von Farbstoffen, die in CD-Rs verwendet werden:
- CD-Rs mit Cyanin-Farbstoff wurden am frühesten entwickelt, und ihre Formulierung ist von Taiyo Yuden patentiert. CD-Rs, die auf diesem Farbstoff basieren, sind meist grün gefärbt. Die früheren Modelle waren chemisch sehr instabil, was die auf Cyanin basierenden Discs für die Archivierung ungeeignet machte; sie konnten verblassen und innerhalb weniger Jahre unlesbar werden. Viele Hersteller wie Taiyo Yuden verwenden eigene chemische Zusätze, um stabilere Cyanin-Discs herzustellen („metal stabilized Cyanine“, „Super Cyanine“). Ältere CD-Rs auf Cyanin-Farbstoffbasis sowie alle Hybrid-Farbstoffe auf Cyanin-Basis sind sehr empfindlich gegenüber UV-Strahlen und können schon nach wenigen Tagen unlesbar werden, wenn sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt waren. Obwohl Cyanin durch die verwendeten Zusatzstoffe stabiler geworden ist, ist es immer noch der empfindlichste der Farbstoffe gegenüber UV-Strahlen (er zeigt innerhalb einer Woche nach direkter Sonneneinstrahlung Anzeichen von Abbau). Ein häufiger Fehler, den die Benutzer machen, ist, die CD-Rs mit der „klaren“ (Aufnahme-)Oberfläche nach oben zu legen, um sie vor Kratzern zu schützen, da dadurch die Sonne direkt auf die Aufnahmeoberfläche trifft.
- CD-Rs mit Phthalocyanin-Farbstoffen sind normalerweise silber, gold oder hellgrün. Die Patente auf Phthalocyanin-CD-Rs werden von Mitsui und Ciba Specialty Chemicals gehalten. Phthalocyanin ist ein von Natur aus stabiler Farbstoff (er benötigt keine Stabilisatoren), und CD-Rs auf dieser Basis werden oft mit einer Lebensdauer von Hunderten von Jahren angegeben. Im Gegensatz zu Cyanin ist Phthalocyanin weniger widerstandsfähig gegen UV-Strahlen, und CD-Rs, die auf diesem Farbstoff basieren, zeigen erst nach zwei Wochen direkter Sonneneinstrahlung Anzeichen von Degradation. Phthalocyanin reagiert jedoch empfindlicher als Cyanin auf die Kalibrierung der Schreiblaserleistung, was bedeutet, dass die vom Schreiblaser verwendete Leistung genauer auf die Disc abgestimmt werden muss, um eine gute Aufzeichnung zu erhalten; dies kann die Vorteile der Farbstoffstabilität zunichte machen, da geringfügig beschriebene Discs (mit höheren korrigierbaren Fehlerraten) Daten verlieren (d. h.Dies kann die Vorteile der Farbstoffstabilität zunichte machen, da geringfügig beschriebene Discs (mit höheren korrigierbaren Fehlerraten) Daten verlieren (d.h. unkorrigierbare Fehler haben), nachdem weniger Farbstoffabbau stattgefunden hat als gut beschriebene Discs (mit niedrigeren korrigierbaren Fehlerraten).
- CD-Rs mit Azofarbstoffen sind dunkelblau und ihre Formulierung ist von der Mitsubishi Chemical Corporation patentiert. Azo-Farbstoffe sind auch chemisch stabil, und Azo-CD-Rs werden normalerweise mit einer Lebensdauer von Jahrzehnten angegeben. Azo-Farbstoffe sind am widerstandsfähigsten gegen UV-Licht und beginnen sich erst nach der dritten oder vierten Woche direkter Sonneneinstrahlung zu zersetzen. Zu den moderneren Ausführungen dieser Art von Farbstoff gehört Super Azo, der nicht so tiefblau ist wie der frühere Metal Azo. Diese Änderung der Zusammensetzung war notwendig, um schnellere Schreibgeschwindigkeiten zu erreichen.
Es gibt viele hybride Variationen der Farbstoffformulierungen, wie z.B. Formazan von Kodak (eine Mischung aus Cyanin und Phthalocyanin).
Unglücklicherweise haben viele Hersteller in der Vergangenheit zusätzliche Farbstoffe hinzugefügt, um ihre instabilen Cyanin-CD-Rs zu verschleiern, so dass die Formulierung einer Disc nicht allein anhand ihrer Farbe bestimmt werden kann. Ebenso garantiert eine goldene Reflexionsschicht nicht die Verwendung von Phthalocyanin-Farbstoff. Die Qualität der Disc hängt nicht nur vom verwendeten Farbstoff ab, sondern wird auch durch die Versiegelung, die Deckschicht, die Reflexionsschicht und das Polycarbonat beeinflusst. Es kann problematisch sein, eine Disc allein aufgrund ihres Farbstofftyps auszuwählen. Darüber hinaus ist die korrekte Kalibrierung der Leistung des Lasers im Brenner sowie das richtige Timing der Laserimpulse, eine stabile Disc-Geschwindigkeit usw. nicht nur für die unmittelbare Lesbarkeit, sondern auch für die Langlebigkeit der bespielten Disc entscheidend, so dass für die Archivierung nicht nur eine qualitativ hochwertige Disc, sondern auch ein qualitativ hochwertiger Brenner erforderlich ist. Tatsächlich kann ein qualitativ hochwertiger Brenner mit Medien mittlerer Qualität adäquate Ergebnisse erzielen, aber qualitativ hochwertige Medien können einen mittelmäßigen Brenner nicht kompensieren, und mit einem solchen Brenner beschriebene Discs können ihre maximale potentielle Archivierungslebensdauer nicht erreichen.