Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer als Video-Platte verwendbaren Nachbildung, ausgehend von einer dreidimensionalen Matrix, welche Informationen aufweist, die als Oberflächenunregelmässigkeiten entlang einer spiralartigen oder einer auf konzentrischen Kreisen liegenden Bahn angeordnet sind. Sie betrifft ferner eine Form zur Durchführung dieses Verfahrens und eine nach dem Verfahren hergestellte Videoplatte.
Im Laufe der Jahre wurde ständig versucht, eine billige, in grossen Stückzahlen herstellbare Platte zu schaffen, welche Video-Informationen enthält, die mit einem billigen Heimgerät zur Wiedergabe mit einem herkömmlichen Fernsehgerät wiedergegeben werden können.
Frühere Versuche, Video-Informationen herzustellen, umfassten im allgemeinen die Verwendung von Video-Bandaufzeichnungsgeräten vieler Arten, ebenso wie fotografische Techniken. Bei noch anderen Versuchen wurde versucht, thermoplastische Aufzeichnungen oder die Oberflächen änderung eines dünnen metallischen Films zu verwenden.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass eine Form der die Informationen tragenden Oberfläche der Matrix hergestellt wird, in welcher Form die Nachbildung hergestellt wird und diese die Informationen der Matrix abbildenden Oberflächenunregelmässigkeiten aufweisende Nachbildung aus der Form genommen wird.
Eine Form zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine von einem Elastomer gebildete Oberfläche aufweist, welche bei der Reproduktion der Nachbildung die Informationen der Matrix auf die Nachbildung überträgt, dass diese Oberfläche im wesentlichen eben ist und Informations-Unregelmässigkeits-Negative auf einer Bahn aufweist, wobei alle Unregelmässigkeiten eine konstante Abmessung in radialer Richtung und eine konstante Höhe senkrecht zur Oberfläche aufweisen, und die Länge jeder Unregelmässigkeit in Umfangsrichtung und die Entfernung zwischen benachbarten Unregelmässigkeiten in Umfangsrichtung die gespeicherten Informationen darstellt.
Eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Videoplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat aus einem flexiblen Material vorgesehen ist, und dass eine bezogen auf das Substrat relativ dünne Informationsschicht aus Kunststoff auf das Substrat geklebt ist und an seiner äusseren Oberfläche Oberflächenunregelmässigkeiten aufweist, welche die Video-Informationen darstellen.
Sowohl die Formen als auch Unterformen können zum Giessen von Nachbildungen verwendet werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ein Substrat aus Mylar (eine Polyesterfolie der E.I. Du Pont de Nemours) mit einer Dicke von 0,102 bis 0,254 mm gleichmässig mit einer sehr dünnen Schicht (ungefähr 3-7 Micron) eines polymerisierbaren Harzes, welchem ein Katalysator zugefügt wurde, beschichtet. Das Harz kann dann mit der Form in Berührung gebracht und einem Druck unterworfen werden, um sicherzustellen, dass das Harz alle Vertiefungen und/oder Hohlräume in der Form ausfüllt. Das Harz wird dann aushärtengelassen und dabei die Verklebung zwischen dem Substrat aus Mylar und dem Harz fertiggestellt.
Nach dem Aushärten sind das Substrat aus Mylar und das polymerisierte Harz ein einheitlicher Aufbau und können als solcher von der Form abgezogen werden. Dieselbe Form kann dann beim Giessen weiterer Nachbildungen unter Verwendung derselben Techniken wieder verwendet werden.
Die so gegossene Nachbildung kann dann mit einer reflektierenden Metallbeschichtung, z. B. durch Aufdampfen, versehen werden. Gegebenenfalls kann eine äussere Schutzbeschichtung gegen Abnutzung aus klarem Kunststoff aufgebracht werden.
Eine solche Platte kann in einer geeigneten Wiedergabeanlage gelesen werden.
Wenn der Bedarf der Massenherstellung so ist, dass nicht genügend Formen von einer einzelnen Matrix hergestellt werden können, ist es möglich, eine Anzahl von Nachbildungen aus geeignetem Polymer in der ersten Form zu giessen, und diese Nachbildungen als Untermatrizen zu verwenden.
Eine Nachbildung kann z. B. aus einer Akrylpolyesterkombination hergestellt werden. Die Akrylnachbildungen können nach einer allfälligen Metallbeschichtung verkauft werden. Die Akrylnachbildungen könnten auch als Ausgangselemente bei einer Reihe von Plattierungsschritten verwendet werden, die schliesslich zu einem Stempel führen, der in einem Prägeverfahren zum Herstellen von weiteren Nachbildungen verwendbar ist.
Es können Nachbildungen erzeugt werden, indem ein Harz-Katalysatorgemisch zuerst in die Form gegossen wird.
Ein Substrat aus Mylarpolyesterfilm kann später aufgebracht und mit dem ausgehärteten Harz verklebt werden. Die Nachbildung kann dann von der Form abgezogen werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die gegossene Nachbildung dann metallisiert, wobei eine geeignete, reflektierende Metallbeschichtung, z. B. Aluminium, auf die Oberfläche aufgebracht wird. Das Aufdampfen von Aluminium hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Die reflektierende Metallbeschichtung verstärkt den optischen Kontrast zwischen den geformten Bereichen, welche die Information darstellen, und den diesen benachbarten ebenen Bereichen. Eine zusätzliche Beschichtung mit einer Abnutzungsschicht aus klarem Kunststoff kann aufgebracht werden, um die Metallbeschichtung vor Kratzern oder Abrieb zu schützen.
Es versteht sich, dass das vorliegende Verfahren abgewandelt werden könnte, um Nachbildungen zu erzeugen, bei welchen die Oberflächenverformungen Vertiefungen oder erhabene Teile sind, wenn diese Art Nachbildung sich besser für das Wiedergabegerät eignen würde. Ferner beeinflussen auch die Anforderungen der Wiedergabegeräte die Grösse und Form der Oberflächenverformungen, welche die Video Information darstellen.
Zum Beispiel wird bei einem vom Anmelder entwickelten System eine Lesetechnik verwendet, die Lichtzerstreuung und Lichtreflexion verwendet, um elektrische Signale verschiedener Signifikanz zu erzeugen. Bei einem solchen System dienen Beulen oder Vertiefungen dazu, das Licht zu zerstreuen anstatt das von dem Wiedergabegerät aufgebrachte Licht zu reflektieren. Die Oberflächen zwischen benachbarten Beulen oder Vertiefungen dienen jedoch als ebener Reflektor und werfen im wesentlichen das gesamte Licht zum optischen System des Wiedergabegerätes zurück.
Bei alternativen Wiedergabesystemen werden Phasenkonstrastoptiken verwendet. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die reflektierenden Ebenen in einem Abstand von
4 (wobei A die Wellenlänge der Wiedergabestrahlung und n eine Ungerade ist) angeordnet sind, verwendet werden, so dass von einer der Oberflächen reflektiertes Licht konstruktiv damit interferiert und Licht von der anderen der Oberflächen destruktiv damit interferiert.
Bei einer gegebenen Urmatrix mit solchen Eigenschaften ist das vorliegende Verfahren hervorragend geeignet, um Nachbildungen unter Verwendung der erfindungsgemässen Form zu erzeugen, die mit der Matrix hergestellt ist.
Die Erfindung soll nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher besprochen werden. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teiles der Oberfläche einer erfindungsgemässen Form,
Fig. 2 einen von der Seite gesehenen Schnitt einer zur Herstellung der Form der Fig. 1 verwendeten Vorrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Form der Fig. 1 vor dem Giessen einer Nachbildung,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Herstellen der Nachbildung, Fig. 5A und 5B der Fig. 3 ähnliche Schnitte der Form der Fig. 1
Fig. 6 einen den Fig. 5A und 5B ähnlichen Schnitt einer Form während des Giessens,
Fig. 7 einen der Fig. 6 ähnlichen Schnitt der Form beim Abnehmen der aus einem polymerisierten Harz und einem Substrat bestehenden Nachbildung von der Form,
Fig. 8 einen der Fig.
6 ähnlichen Schnitt einer gegossenen Akrylnachbildung in der Form und
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Fragments einer eine Video-Platte darstellenden Nachbildung, teilweise geschnitten, um die Metall- und Kunststoffschutzbeschichtungen zu zeigen.
In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Teiles einer erfindungsgemässen Form 10 dargestellt. Es ist zu bemerken, dass die Form 10 eine Oberseite 12 aufweist, die mit einer Vielzahl von Vertiefungen 14 ausgebildet ist, welche im allgemeinen auf einer nicht bezeichneten spiraligen Bahn angeordnet sind.
Obwohl die einzelnen Vertiefungen 14 in einem im allgemeinen spiralartigen Muster auf der Bahn angeordnet sind, ist die Bahn diskontinuierlich und enthält einen flachen Oberflächenbereich 18 zwischen benachbarten Vertiefungen 14.
Das besprochene Ausführungsbeispiel der Erfindung hat zwar eine Informationen tragende Bahn, in Form einer Spirale, jedoch gibt es ebenso alternative, nicht näher besprochene Ausführungsformen, bei welchen die Information auf einer aus konzentrischen Kreisen aufgebauten Bahn angeordnet ist.
Während das bevorzugte, in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel auf jeder Bahn Vertiefungen 14 zeigt, ist ferner zu bemerken, dass es ebensogut möglich ist, anstelle der Vertiefungen 14 Vorsprünge oder Beulen anzubringen. Dies hängt davon ab, ob die auf einer Video-Platte vorgesehenen Oberflächenunregelmässigkeiten dazu gedacht sind, Strahlung eher zu zerstreuen, als sie zu reflektieren.
Das Verfahren der Herstellung der Form 10 kann in Verbindung mit Fig. 2 erläutert werden. Das Ausgangsmaterial sollte eine Matrix 22 sein. Die Matrix besteht z. B. aus einer gläsernen Platte 22, auf der die Video-Information als Reihe von Beulen 24 aus Fotoresistmaterial angeordnet ist, die alle ungefähr 0,7 Micron hoch sind und in radialer Richtung der Matrix im allgemeinen 1 Micron breit sind. Die Beulen 24 sind auf einer spiraligen Bahn angeordnet mit einem radialen Abstand von ungefähr 2 Micron zwischen den Mitten benachbarter Bahnwindungen.
Die Matrix 22 kann auf ihrer Oberfläche gegebenenfalls einen sehr dünnen Schutzfilm 26 eines opaken Materials mit niedrigem Schmelzpunkt aufweisen. Ein dünner Wismuth Film hat sich für diesen Zweck als geeignet erwiesen.
Um die Matrix 22 für das vorliegende Verfahren vorzubereiten, wird zur Bildung dieses Schutzfilmes 26 ein Formlösungsmittel unter schneller Drehung der Matrix 22 auf sie aufgebracht und trocknengelassen, worauf sie gebrannt wird.
Bei einem zufriedenstellenden Verfahren wird ein im Handel erhältliches Lösungsmittel, das als Fitzgerald Polyvinyl Alcohol Mold Release bezeichnet wird, mit drei Teilen Wasser auf ein Teil Formlösungsmittel verdünnt. Bei einer solchen Matrix 22, wie sie oben beschrieben wurde, werden ungefähr 25 cm3 Formlösungsmittel auf eine Gesamtmenge von 100 cm3 verdünnt, gefiltert und dann auf die Matrix 22 aufgebracht. Das Formlösungsmittel wird etwa zehn Minuten lang luftgetrocknet und dann wird die Matrix ungefähr dreissig Minuten lang bei einer Temperatur von ca. 1290 C gebrannt.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zweckmässig bei der Herstellung der Form 10 verwendet wird. Auf einer Heizeinheit 30 ist an der Oberseite ein Aluminiumblock 32 angeordnet, der ein guter Wärmeleiter ist. Die auf Glas basierende Matrix 22 wird am Aluminiumblock 32 unter Verwendung von Wachs 34 befestigt, das sowohl als Klebemittel als auch als Polster dient.
Abstandstücke 36 und 38 sind vorgesehen, um einen Raum zu bilden, in welchem die Form 10 hergestellt werden kann. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind erste, etwa 0,36 mm hohe Abstandstücke 36 am Umfang der Matrix 22 angeordnet, und ein zweites, ungefähr 0,18 mm hohes Abstandstück 38 ist in der Mitte der Matrix angeordnet. Eine Glasplatte 40 wird mit einer Primer-Zusammensetzung 42 beschichtet, woran das elastomere Material, das die Form bilden wird, haften wird. Ein solches Primer-Material wird unter der Bezeichnung Primer SS 4120 von General Electric verkauft. Die Schicht aus diesem Primer wird an der Luft ungefähr 30 Minuten lang getrocknet.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Form aus einem Silicongummielastomer hergestellt, wie es von der General Electric Company unter der Bezeichnung RTV 615A Silicongummi verkauft wird. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wurde gefunden, dass ungefähr 200 g Silicongummi mit 20 g des richtigen Katalysators für diese Zusammensetzung ausreichen, um eine Form von ungefähr 38 cm Durchmesser herzustellen, die ungefähr 0,36 mm dick ist.
Das Gemisch aus Silicongummi und Katalysator wird ungefähr 15 Minuten lang gemischt, dann gefiltert und entgast, bis alle Blasen verschwunden sind. Die Zusammensetzung wird dann über die Oberfläche der Matrix 22 gegossen, die mit dem Formlösungsmittel behandelt ist. Die Glasplatte 40 mit der darauf aufgebrachten Schicht aus dem Primer-Material 42 wird mit der Primer-Schicht 42 nach unten auf den Abstandstücken 36 und 38 angeordnet und liegt unmittelbar über dem Gemisch aus Silicongummi und Katalysator.
Eine Gummiplatte 44 wird dann auf der Glasplatte 40 angeordnet, und eine Masse 46 wird auf der Gummiplatte 44 angeordnet, um einen gleichmässigen Druck aufzubringen.
Dann wird der Silicongummi ausgehärtet. Die Temperaturen und Aushärtezeiten sind einander natürlich entsprechend zugeordnet. Bei niedrigeren Temperaturen im Bereich von 71-90 C kann eine Aushärtezeit von ungefähr 12 Stunden angewandt werden. Bei höheren Aushärtetemperaturen können kürzere Aushärtezeiten verwendet werden. Zum Beispiel härtet eine 0,36 mm starke Form, mit einem Durchmesser von 38 cm bei 2040 C in ungefähr zwei Stunden aus.
Nach Abschluss des Aushärtens wird die obere Glasplatte 40 von der Matrix 22 getrennt. Das Vorhandensein des Formlösungsmittels auf der Matrix 22 und der Primer-Zusammensetzung 42 an der oberen Glasplatte 40 führt dazu, dass die so hergestellte Form an der oberen Glasplatte 40 und nicht an der Matrix 22 klebt.
Die fertige Form 10 aus Silicongummi, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, kann dann zugerichtet werden, um den herausgepressten Überschuss wegzuschneiden und sollte gereinigt und zur Verwendung bei der Nachbildung unter Unterdruck gesetzt werden. Wenn das Formlösungsmittel gut gearbeitet hat, kann die ursprüngliche Matrix zur Herstellung noch weiterer Formen verwendet werden. Weil die Oberflächenmerkmale auf der Matrix jedoch lediglich aus gehärtetem Fotoresistmaterial bestehen, das an der Glasplatte haftet, ist im allgemeinen nicht zu erwarten, dass mehr als eine sehr begrenzte Anzahl von Formen mit dieser Matrix 22 hergestellt werden kann. Eine einmal hergestellte Form 10 jedoch kann zum Giessen von Nachbildungen, die als Video-Platte verwendbar sind, verwendet werden. Eine Nachbildung kann aber auch dazu verwendet werden, um weitere Formen herzustellen.
In Fig. 4 ist ein Teil des Verfahrens zum Herstellen einer Nachbildung dargestellt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Substrat 50 aus Mylarpolyesterfilm zu einer Platte von 38 cm Durchmesser geschnitten und auf einer gläsernen Tragplatte 52 angeordnet. Beide werden dann auf einem Drehtisch 54 angeordnet. Das Substrat 50 wird mit Aceton und Xylol gewaschen und durch schnelles Drehen getrocknet. Dann wird ein Polyurethanharz-Gemisch vorbereitet.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Polyurethanharz verwendet, das von der Hughson Chemical Company unter der Bezeichnung Chemglaze Z051 verkauft wird. Alternativ kann auch ein ähnliches Harz Chemglaze Z052 verwendet werden. Ein Harzverdünnungsmittel, das unter der Bezeichnung Chemglaze 9951 verkauft wird, wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls verwendet. Das Harz und das Verdünnungsmittel werden im allgemeinen in einem Verhältnis von drei Teilen Harz auf zwei Teile Verdünnungsmittel verwendet.
Ein von der Hughson Chemical Company als Schnellkatalysator 9984 oder 9986 verkaufter Katalysator wird ebenfalls verwendet, um die Polymerisation zu beschleunigen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden vor Gebrauch 10 cm3 des Katalysators unter Verwendung des Verdünnungsmittels auf 75 cm3 verdünnt.
Ungefähr 5 cm3 des verdünnten Katalysators werden dann mit 100 cm3 der verdünnten Harzlösung gemischt. Diese Zusammensetzung wird ungefähr 3 Minuten lang gut gemischt und dann innert 5 sec die Platte aus Substrat 50 aufgebracht, während sich der Drehtisch 54 mit ungefähr 400 U./min dreht, was bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu einer Schicht 56 von ungefähr 5 Micron Dicke führt. Die Dicke kann in einem Bereich von 3 bis 7 Micron liegen.
Wie das beschichtete Substratauf die Formen 10aufge- bracht wird, wird in Fig. 5A dargestellt. Wie in Fig. 5A dargestellt ist, besteht die bevorzugte Technik darin, das Substrat 50 samt der Schicht 56 teilweise um eine ziemlich grosse Rolle 58 zu wickeln und diese Zusammenstellung dann auf der Form 10 abzurollen. Dieses Verfahren ergibt ein stetiges Aufbringen des harzbeschichteten Substrates 50 und gibt gleichzeitig die Möglichkeit, Druck eben und gleichmässig auf die Polymerschicht 56 aufzubringen, während das Auftreten eingeschlossener Blasen von Luft oder Gas in der Form 10 auf ein Minimum verringert wird.
Während die Polymerschicht 56 aushärtet, kann die Kombination noch einmal mit einer schwereren Rolle gewalzt werden. Die Aushärtezeit beträgt, abhängig von der Harzkatalysatorzusammensetzung und der Dicke der Polymerschicht 56, etwa 15 bis 45 Minuten.
Andere Materialien können ausser Polyurethanharz verwendet werden. Zum Beispiel können auch Akrylharze und Epoxiharze ebensogut wie Monomere verwendet werden, die durch Strahlung, z. B. ultraviolettes Licht oder Hochfrequenzenergie, polymerisiert werden, wie es in den zum Fachgebiet gehörigen US-Patenten von Broadbent beschrieben wird. Ähnlich können andere Substrate als ein Mylarpolyesterfilm einschliesslich Metallfolien, die dünn und flexibel sein können, verwendet werden.
Es kann auch ein alternatives Verfahren verwendet werden, wie es in Fig. 5B dargestellt ist. Das Harz wird verdünnt und mit dem Katalysator gemischt und direkt auf die Form 10 aufgebracht. Das Substrat 50' wird dann auf die Harzschicht 56 gewalzt, die dann aushärtengelassen wird und am Substrat 50' klebt, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Die fertige Nachbildung wird dann ungeachtet des verwendeten Verfahrens im wesentlichen die gleiche.
In Fig. 7 ist ein Verfahren zum Abnehmen einer Nachbildung 60 von der Form 10 dargestellt. Die Rolle 58, die zum Aufbringen der Polymersubstratkombination verwendet wurde, kann zum Abnehmen der gegossenen und ausgehärteten Wiedergabe 60 verwendet werden. Eine Kante der aus Harzschicht und Substrat bestehenden Nachbildung 60 haftet an der Rolle 58, die beim Drehen die ausgehärtete Nachbildung 60 von der Form 10 abnimmt.
Alternativ kann ein Akrylmaterial in die Form 10 gegossen werden, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Die Akrylschicht 62 kann mit einem Substrat 63 aus Polyesterfilm verbunden werden. Diese Nachbildung kann ähnlich wie eine Nachbildung aus Polyurethan verwendet werden.
Insoweit als die genannte Akrylschicht plattiert werden kann, ist auch zu bemerken, dass die plattierte Akrylschicht als Zwischenelement beim Verfahren zur Herstellung von Stempeln zur Herstellung von weiteren Nachbildungen unter Verwendung von Prägetechniken verwendet werden kann.
Während die Verfahren zur Herstellung der Form und der Nachbildungen unter Bezugnahme auf ein System beschrieben wurden, bei welchem Beulen verwendet werden, welche die Information darstellen, ist es ebenfalls möglich, dasselbe Verfahren anzuwenden, um eine Form herzustellen, deren Oberfläche die Matrix darstellt und von der alternativ Nachbildungen gegossen werden können. Bei den alternativen Nachbildungen werden die Informationen durch Vertiefungen in der Oberfläche der Nachbildung dargestellt.
In Fig. 9 schliesslich ist eine Nachbildung 60 mehr im einzelnen dargestellt. Die Nachbildung 60 umfasst bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Oberflächenmuster von diskontinuierlichen Beulen 64, die durch ebene Bereiche 66 getrennt sind. Eine reflektierende Metallbeschichtung 68, z. B. aus Aluminium, wird durch ein Verfahren, wie das Aufdampfen, aufgebracht, um das Reflexionsvermögen der ebenen Bereiche 66 und die Lichtzerstreuungsfähigkeit der einzelnen Oberflächenverformungen 64, welche die Information darstellen, zu steigern.
Gegebenenfalls kann eine zusätzliche klare Plastikschicht 70 auf die Nachbildung 60 aufgebracht werden, um die Metallbeschichtung 68 vor Kratzern, Abrieb und Abnutzung zu schützen. Jedoch sind die Gefahren abrasiver Abnutzung, zumindest in bezug auf den Wiedergabemechanismus bei den kontaktlosen Wiedergabesystemen, ebenso wie bei dem Unterdruck-Wiedergabeübertrager und den flüssigkeitgepolsterten Drehtischen, auf ein Minimum verringert.
So wurde ein vollständiges Verfahren zum Herstellen einer Nachbildung, ausgehend von einer Matrix, z. B. einer Urplatte, beschrieben, wobei als erstes eine Form von der Matrix hergestellt wird. Die Nachbildung#en von der Form können ohne irgendeinen Verlust an Wiedergabequalität zur Herstellung zusätzlicher Formen verwendet werden. Die Nachbildungen bestehen aus einer Oberflächenschicht aus einer polymerisierbaren Verbindung, die in die Form gegossen wurde und aus einem Substrat aus Polyester, das mit der Oberflächenschicht verklebt ist, um ihr strukturelle Integrität zu geben. Zusätzlich können Oberflächenbeschichtungen aus reflektierendem Metall und klarem Kunststoff aufgebracht werden, um die Reflexionsfähigkeit zu erhöhen bzw. die Scheibe vor Abnutzung und Abrieb zu schützen.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Herstellen einer als Video-Platte verwendbaren Nachbildung, ausgehend von einer dreidimensionalen Matrix (22), welche Informationen aufweist, die als Oberflächenunregelmässigkeiten (24) entlang einer spiralartigen oder einer auf konzentrischen Kreisen liegenden Bahn angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Form (10)
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The invention relates to a method for producing a replica that can be used as a video disk, starting from a three-dimensional matrix which has information which is arranged as surface irregularities along a spiral-like path or a path lying on concentric circles. It also relates to a mold for carrying out this method and to a video disc produced by the method.
Over the years, attempts have been made to provide an inexpensive, high-volume disk containing video information that can be played back on an inexpensive home device for playback on a conventional television set.
Previous attempts to produce video information generally included the use of video tape recorders of many types, as well as photographic techniques. Still other attempts have attempted to use thermoplastic recordings or the surface modification of a thin metallic film.
According to the present invention, the method of the type mentioned at the outset is characterized in that a form of the surface of the matrix carrying the information is produced, in which form the replica is produced and this replica, which has surface irregularities depicting the information of the matrix, is removed from the form.
A mold for carrying out this method is characterized in that it has a surface formed by an elastomer which, when the replica is reproduced, transfers the information from the matrix to the replica that this surface is essentially flat and information irregularity negatives on a Has web, wherein all irregularities have a constant dimension in the radial direction and a constant height perpendicular to the surface, and the length of each irregularity in the circumferential direction and the distance between adjacent irregularities in the circumferential direction represents the stored information.
A video disk produced by the method according to the invention is characterized in that a substrate made of a flexible material is provided, and that a relatively thin information layer made of plastic is glued to the substrate and has surface irregularities on its outer surface, which the video Represent information.
Both the molds and sub-molds can be used to cast replicas. In the preferred embodiment of the method, a substrate made of Mylar (a polyester film from EI Du Pont de Nemours) with a thickness of 0.102 to 0.254 mm is uniformly coated with a very thin layer (about 3-7 microns) of a polymerizable resin to which a catalyst is added was coated. The resin can then be brought into contact with the mold and subjected to pressure to ensure that the resin fills any recesses and / or voids in the mold. The resin is then allowed to cure, thereby completing the bond between the Mylar substrate and the resin.
Once cured, the Mylar substrate and polymerized resin are a unitary structure and as such can be peeled off the mold. The same mold can then be reused in casting further replicas using the same techniques.
The replica thus cast can then be coated with a reflective metal coating, e.g. B. by vapor deposition. If necessary, an external protective coating made of clear plastic can be applied.
Such a disc can be read in a suitable playback system.
If the need for mass production is such that enough molds cannot be made from a single matrix, it is possible to cast a number of replicas of suitable polymer in the first mold and use these replicas as sub-matrices.
A replica can e.g. B. be made from an acrylic polyester combination. The acrylic replicas can be sold after a possible metal coating. The acrylic replicas could also be used as starting elements in a series of plating steps that ultimately result in a stamp that can be used in an embossing process to create further replicas.
Replicas can be created by first pouring a resin-catalyst mixture into the mold.
A Mylar polyester film substrate can later be applied and bonded to the cured resin. The replica can then be peeled off the mold. In the preferred embodiment, the cast replica is then metallized using a suitable reflective metal coating, e.g. B. aluminum, is applied to the surface. The vapor deposition of aluminum has been found to be satisfactory. The reflective metal coating enhances the optical contrast between the shaped areas representing the information and the flat areas adjacent to them. An additional coating with a wear layer of clear plastic can be applied to protect the metal coating from scratches or abrasion.
It will be understood that the present method could be modified to produce replicas in which the surface deformations are depressions or raised parts, if this type of replica were more suitable for the playback device. Furthermore, the requirements of the playback devices also influence the size and shape of the surface deformations that represent the video information.
For example, one system developed by the Applicant uses a reading technique that uses light scattering and light reflection to produce electrical signals of various significance. In such a system, bumps or depressions serve to diffuse the light rather than reflect the light applied by the display device. The surfaces between adjacent bumps or depressions, however, serve as a flat reflector and reflect essentially all of the light back to the optical system of the playback device.
Phase contrast optics are used in alternative display systems. In this case it is necessary that the reflective planes be at a distance of
4 (where A is the wavelength of the reproduced radiation and n is an odd) can be used so that light reflected from one of the surfaces constructively interferes therewith and light from the other of the surfaces destructively interferes therewith.
Given a master matrix with such properties, the present method is eminently suitable for producing replicas using the mold according to the invention which is produced with the matrix.
The invention will be discussed in more detail below, for example with reference to the drawing. In the drawing show:
1 shows a perspective illustration of part of the surface of a mold according to the invention,
FIG. 2 shows a section, seen from the side, of a device used to manufacture the mold of FIG. 1,
3 shows a section along line 3-3 of the mold in FIG. 1 before a replica is cast,
4 is a side view of an apparatus for producing the replica, and FIGS. 5A and 5B are sections similar to FIG. 3 and of the shape of FIG
6 shows a section, similar to FIGS. 5A and 5B, of a mold during casting;
7 shows a section of the mold similar to FIG. 6 when the replica consisting of a polymerized resin and a substrate is removed from the mold;
Fig. 8 one of the Fig.
6 Similar section of a cast acrylic replica in the form and
Fig. 9 is a perspective view of a fragment of a replica video disc, partially cut away to show the protective metal and plastic coatings.
1 shows a perspective illustration of part of a mold 10 according to the invention. It should be noted that the mold 10 has a top surface 12 formed with a plurality of depressions 14 which are arranged generally on an undesignated spiral path.
Although the individual indentations 14 are arranged in a generally spiral pattern on the web, the web is discontinuous and includes a flat surface area 18 between adjacent indentations 14.
The discussed embodiment of the invention has an information-carrying path, in the form of a spiral, but there are also alternative, not discussed in detail, embodiments in which the information is arranged on a path made up of concentric circles.
While the preferred embodiment shown in FIG. 1 shows depressions 14 on each track, it should also be noted that it is just as possible to apply projections or bumps in place of the depressions 14. This depends on whether the surface irregularities provided on a video disc are intended to scatter radiation rather than reflect it.
The method of making the mold 10 can be explained in connection with FIG. The starting material should be a matrix 22. The matrix consists e.g. B. from a glass plate 22 on which the video information is arranged as a series of bumps 24 of photoresist material, which are all approximately 0.7 microns high and are generally 1 micron wide in the radial direction of the matrix. The bumps 24 are arranged on a spiral path with a radial spacing of approximately 2 microns between the centers of adjacent turns of the path.
The matrix 22 can optionally have a very thin protective film 26 of an opaque material with a low melting point on its surface. A thin bismuth film has been found suitable for this purpose.
In order to prepare the matrix 22 for the present method, a mold solvent is applied to it with rapid rotation of the matrix 22 to form this protective film 26 and allowed to dry, whereupon it is fired.
In one satisfactory method, a commercially available solvent called Fitzgerald Polyvinyl Alcohol Mold Release is diluted with three parts water to one part mold solvent. In the case of such a matrix 22, as described above, approximately 25 cm 3 of mold solvent are diluted to a total amount of 100 cm 3, filtered and then applied to the matrix 22. The mold solvent is air dried for about ten minutes and then the matrix is baked at a temperature of about 1290 ° C for about thirty minutes.
FIG. 2 shows a device which is expediently used in the manufacture of the mold 10. An aluminum block 32, which is a good heat conductor, is arranged on the upper side of a heating unit 30. The glass based matrix 22 is attached to the aluminum block 32 using wax 34 which serves as both an adhesive and a cushion.
Spacers 36 and 38 are provided to define a space in which the mold 10 can be made. In the preferred embodiment, first spacers 36 about 0.36 mm high are disposed around the periphery of the matrix 22 and a second spacer 38 about 0.18 mm high is disposed in the center of the matrix. A glass plate 40 is coated with a primer composition 42 to which the elastomeric material that will form the mold will adhere. One such primer material is sold by General Electric under the designation Primer SS 4120. The layer of this primer is allowed to air dry for approximately 30 minutes.
In the preferred embodiment, the mold is made from a silicone rubber elastomer such as that sold by General Electric Company under the designation RTV 615A silicone rubber. In the process described herein, it has been found that about 200 grams of silicone rubber with 20 grams of the correct catalyst for this composition is sufficient to produce a mold about 38 cm in diameter that is about 0.36 mm thick.
The silicone rubber / catalyst mixture is mixed for approximately 15 minutes, then filtered and degassed until all bubbles are gone. The composition is then poured over the surface of the matrix 22 which has been treated with the mold solvent. The glass plate 40 with the layer of primer material 42 applied thereon is placed with the primer layer 42 facing down on the spacers 36 and 38 and lies directly above the mixture of silicone rubber and catalyst.
A rubber plate 44 is then placed on the glass plate 40 and a mass 46 is placed on the rubber plate 44 to apply even pressure.
Then the silicone rubber is cured. The temperatures and curing times are of course assigned to each other accordingly. At lower temperatures in the range of 71-90 C a curing time of approximately 12 hours can be used. At higher curing temperatures, shorter curing times can be used. For example, a 0.36 mm thick mold with a 38 cm diameter cures at 2040 C in about two hours.
After curing is complete, the upper glass plate 40 is separated from the matrix 22. The presence of the mold solvent on the matrix 22 and the primer composition 42 on the top glass plate 40 results in the mold so produced sticking to the top glass plate 40 and not to the matrix 22.
The finished silicone rubber mold 10, as shown in Fig. 3, can then be trimmed to cut away the excess squeezed out and should be cleaned and vacuumed for use in the replica. When the mold solvent has worked well, the original matrix can be used to make additional molds. However, because the surface features on the matrix consist only of hardened photoresist material adhered to the glass plate, it is generally not expected that more than a very limited number of shapes can be made with this matrix 22. However, a mold 10 once made can be used to cast replicas which can be used as a video disk. A replica can also be used to create other shapes.
In Fig. 4 part of the method for producing a replica is shown. In a preferred embodiment, a substrate 50 of Mylar polyester film is cut into a 38 cm diameter plate and placed on a glass support plate 52. Both are then placed on a turntable 54. The substrate 50 is washed with acetone and xylene and spin dried. Then a polyurethane resin mixture is prepared.
The preferred embodiment uses a polyurethane resin sold by Hughson Chemical Company under the designation Chemglaze Z051. Alternatively, a similar resin Chemglaze Z052 can be used. A resin thinner sold under the designation Chemglaze 9951 is also used in the preferred embodiment. The resin and diluent are generally used in a ratio of three parts resin to two parts diluent.
A catalyst sold by Hughson Chemical Company as Rapid Catalyst 9984 or 9986 is also used to accelerate the polymerization.
In the preferred embodiment, 10 cc of the catalyst is diluted to 75 cc using the diluent prior to use.
Approximately 5 cm3 of the diluted catalyst is then mixed with 100 cm3 of the dilute resin solution. This composition is mixed well for approximately 3 minutes and then the plate of substrate 50 is applied within 5 seconds while the turntable 54 rotates at approximately 400 rpm, which in the preferred embodiment results in a layer 56 approximately 5 microns thick . The thickness can range from 3 to 7 microns.
How the coated substrate is applied to the molds 10 is shown in Figure 5A. As shown in FIG. 5A, the preferred technique is to partially wrap the substrate 50, including the layer 56, around a fairly large roll 58 and then unroll this assembly on the mold 10. This method results in a steady application of the resin-coated substrate 50 and at the same time gives the possibility of applying pressure evenly and evenly to the polymer layer 56, while the occurrence of entrapped bubbles of air or gas in the mold 10 is reduced to a minimum.
While the polymer layer 56 is curing, the combination can be rolled again with a heavier roller. The curing time is about 15 to 45 minutes, depending on the resin catalyst composition and the thickness of the polymer layer 56.
Materials other than polyurethane resin can be used. For example, acrylic resins and epoxy resins can be used as well as monomers which are activated by radiation, e.g. Ultraviolet light or radio frequency energy, can be polymerized as described in the broadbent related art US patents. Similarly, substrates other than mylar polyester film including metal foils, which can be thin and flexible, can be used.
An alternate method may also be used, as shown in Figure 5B. The resin is diluted and mixed with the catalyst and applied directly to the mold 10. The substrate 50 'is then rolled onto the resin layer 56, which is then allowed to cure and adhere to the substrate 50', as shown in FIG. The finished replica will then be essentially the same regardless of the method used.
7, a method for removing a replica 60 from the mold 10 is illustrated. The roller 58 that was used to apply the polymer substrate combination can be used to remove the cast and cured replica 60. One edge of the replica 60 consisting of resin layer and substrate adheres to the roller 58, which removes the cured replica 60 from the mold 10 as it rotates.
Alternatively, an acrylic material can be poured into the mold 10 as shown in FIG. The acrylic layer 62 can be bonded to a substrate 63 of polyester film. This replica can be used in a similar way to a polyurethane replica.
In so far as the aforesaid acrylic layer can be plated, it should also be noted that the plated acrylic layer can be used as an intermediate element in the process of making stamps for making further replicas using embossing techniques.
While the methods of making the mold and replicas have been described with reference to a system in which dents are used to represent the information, it is also possible to use the same method to make a mold whose surface is the matrix and of which alternatively replicas can be cast. In the alternative replicas, the information is represented by depressions in the surface of the replica.
Finally, FIG. 9 shows a replica 60 in greater detail. The replica 60, in the preferred embodiment, includes a surface pattern of discontinuous bumps 64 separated by planar areas 66. A reflective metal coating 68, e.g. Of aluminum, is applied by a process such as vapor deposition to increase the reflectivity of the planar areas 66 and the light scattering ability of the individual surface deformations 64 which represent the information.
Optionally, an additional clear plastic layer 70 can be applied to the replica 60 to protect the metal coating 68 from scratches, abrasion and wear. However, the risks of abrasive wear, at least with respect to the playback mechanism in the non-contact playback systems, as well as in the negative pressure playback transmitter and the liquid-cushioned turntables, are reduced to a minimum.
Thus a complete method of making a replica starting from a matrix, e.g. B. a master plate, described, first a mold is made from the matrix. The replicas of the shape can be used to make additional shapes without any loss of rendering quality. The replicas consist of a surface layer of a polymerizable compound that has been poured into the mold and a polyester substrate that is bonded to the surface layer to give it structural integrity. In addition, surface coatings made of reflective metal and clear plastic can be applied to increase the reflectivity or to protect the pane from wear and tear.
PATENT CLAIM 1
A method for producing a replica that can be used as a video disk, starting from a three-dimensional matrix (22) which has information which is arranged as surface irregularities (24) along a spiral-like path or a path lying on concentric circles, characterized in that a shape ( 10)
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