CN1163881C - 具有多层记录层的光碟片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有多层记录层的光碟片的自动化制作方法，先利用在压模(stamper)上旋转涂敷(spin coating)一树脂复制其信号图案，控制喷涂(disperse)时的旋转速度于200～400rpm，之后逐渐增加转速至3200～4500rpm，将树脂甩匀(spread)；固化(curing)后形成树脂记录层，再将一具有预铸信号的基板粘合在此树脂记录层上，并通过在压模上配置对称的多数气孔，使其能轻易自压模上脱模，重覆上述的制程，即可形成具有多记录层的光碟片。

Description

具有多层记录层的光碟片的制作方法

本发明涉及一种具有多层记录层的光碟片的制作方法，特别涉及一种通过将由自动化控制利用旋转涂敷(spin coating)制作的薄膜记录层，与其它已预铸信号的射出基板或其它薄膜记录层结合的制作过程，制作具有两层以上记录层的光碟片的方法。

目前的CD光碟片是一种单层记录的光碟片，一片直径12公分的碟片储存容量只有650MB，已经渐渐不能满足需求。若是以储存一部135分钟的电影为例，视频CD(Video-CD)至少需要二至三片，同时其压缩技术是MPEG-1(动态图像专家组)，在画质上并不好，相较之下，单面单层的DVD光碟片容量可达4.7GB，采用MPEG-2压缩技术与AC3杜比环绕音效，无论在画质或音效享受上，皆非视频CD所能比拟，而且只要一片DVD光碟片就可容纳135分钟高品质的影片，因此，对于日后光碟片的发展而言，如何提高光碟片的记录容量就成为首要研究的重点。

多记录层光碟片是提高单位面积记录容量的一种有效方式。目前的DVD碟片已经发展出单面双层结构，记录容量可达8.5GB(就是欲称的DVD-9)，激光经由光碟片的一面射入，可读取两层记录层的资料，这将提高一倍的单位面积记录密度，但是目前的单面双记录层光碟片作法是将两片刻有记录信号的碟片，面对面的贴合形成两层记录层，这种方法已经没有继续提高记录层数的可行性。因此若是光碟片要在不改变碟片的外形、几何尺寸和形状的条件下，制作出具有单面三层以上的记录层，或是如DVD Forum所订定规格，记录容量达17GB(就是俗称DVD-18)的双面双层碟片，就必须另外思考制作碟片的其他方式。目前市面上并无DVD-18产品。

目前在技术上要克服双面双层光碟片(DVD-18)制作的可能方法有三种。第一种是利用机械射出成型的方法直接射出双层记录层“片”，第二种方式是利用所谓的2P(光敏性聚合物Photo-Polymer)方法制作记录层膜，第三种方式则是用SOAP(旋转-覆盖-脱离spin-on-and-peel)方法制作记录层膜。

在第一种方法中，是将两片刻有信号的压模(stamper)分别放在射出模具的固定侧与移动侧，以高温高压直接将融溶的塑胶压入模具的模穴(cavity)中，这种方式虽然是采用现今成熟的塑胶射出成型技术，可是制作的过程需要高温与高压，且对模具的磨耗也是一大问题，另外为了从模具中容易地取出射出成品，成品厚度不能太薄，否则在取出塑料成品时，由于机械强度不足或是热应力或是塑料收缩不平均，常会造成成品的扭曲变形，因此其厚度都将超过碟片规格书中所要求的规格，因此并不适用于生产多记录层的光碟片。

第二种方法则是由先锋(Pioneer)以及索尼(SONY)开发的一种制作薄膜的方式，这种方法是先在已经刻有信号的压模上，平敷一层易于变形的高分子材料，利用高压将这些高分子材料压向压模，借以转印与复制在压模上的信号，并且达到均匀厚度的目的，接着利用紫外线(UV)照射，硬化(cure)这层高分子膜层，同时再与另一层具有记录信号的聚碳酸酯(polycarbonate)基板相粘合，再继续作后续动作如溅镀(sputtering)，如此就形成了真正的单面双层结构，继续此动作将可以制作真正单面多层结构。然而这种方法的缺点是需要高压以获得良好的信号转印与复制效果，对压模表面将造成相当的磨耗，由于压模表面的磨耗将造成后期所制作出的碟片错误率高于前期制作的碟片。

第三种方法则是由PicoMedia公司所发展的SOAP制作薄膜的方法，基本上它是将一种高分子树酯溶液滴在一正在旋转的压模上，通过旋转涂敷将树酯溶液覆盖整个压模，从而达到转印复制压模上信号的功能，当高分子树酯的溶剂挥发后硬化，形成一具有记录膜层的高分子薄膜，这时与另一层具有记录信号的聚碳酸酯基板相粘合，再继续作后续动作如溅镀，如此就形成了真正的单面双层结构，继续此动作将可以制作出真正单面多层结构。

虽然利用SOAP制程所制作的记录薄膜具有不需使用高温与高压的优点，而且利用此一方法所制得的薄膜厚度比射出成型或2P法所得到的薄膜厚度更薄，但是当薄膜层厚度越薄，薄膜的机械强度就变得越差，在与另一层具有记录信号的聚碳酸酯基板粘合后，在后续脱离压模时产生的伤害机率也相对增加，同时也不容易获得一平整没有皱折(wrinkle)的薄膜成品，这也是为何至今工业界尚未采用此方法制作多记录层光碟片的原因之一。另外，关于SOAP方法所发表的专利中，如美国第5,468324、5,669,995及5,700539号专利所披露的，只有概念性叙述如何制作多记录层薄膜的CD光碟片原则，并没有针对各个步骤提出实际可行的方案，这也是为何未能使具有多记录层光碟片产品普及生产的重要原因之一。

有鉴于此，本发明的目的便是针对上述SOAP制作过程的应用，提出可实施于实际生产的多记录层光碟片的自动化制作方法。

另一方面，本发明更提供一种应用上述SOAP技术制作多记录层光碟片时，使记录薄膜易于脱膜的方法，即压模能顺利地与形成的薄膜成品分离，而不会造成记录薄膜形成皱折或受到伤害。

根据上述本发明之目的，所提出的多记录层光碟片的制作方法可归纳如下：

先以传统的射出成型技术制作具有第一层记录薄膜的聚碳酸酯基板(L1层)。

之后，重覆下述本发明的制作过程，依续在L1层上形成第二层记录薄膜、第三层记录薄膜等等，便可获得一单面多层记录层的光碟片。若再将两单面多记录层光碟片以面对面方式结合一起，便可获得一双面多层记录层的光碟片。

首先取得一载有记录信号的压模(stamper)，将其胶合在一平面底板上，此压模记录有第二层记录薄膜所要的信号图案(或为第三层的记录薄膜等等，依所要形成的记录层为多少而定)，并在制作进行时，在压模直径约22～35mm处作为夹持区的压模中心部分，形成相互对称的气孔，以使得后续制作过程中形成的第二层记录薄膜易于脱模。接着，以旋转涂敷法复制压模上的记录图案，包含以200-400rpm速度喷涂(disperse)一树酯，再逐渐增加转速至3200-4500rpm以甩匀(spread)树酯，形成厚度约为1-15μm的记录薄膜。然后，将载有压模与此记录层的底板翻转，在先前的L1层上形成的记录层上溅镀一反射层膜，例如为金、铝、银、氮化铝、氮化硅或碳化硅等金属或介电材料，厚度约为10～30nm(依所溅镀的材料不同而有不同厚度变化)，再在反射层上涂布一层粘合胶，使其与具有记录层的一面粘合起来，经由固化处理，控制所选用的粘合胶其收缩量需小于3％，以免造成过度的变形。最后，将压模与树酯记录薄膜从底板分离，在分离时由上述气孔吹入空气，让中心部分的膜层先分离，再继续由内扩大至外圆周，因此使脱模的过程容易且不致造成伤害。

经由重覆执行上述的制程，使L1层上粘合所要记录层后，再整个放入溅镀机中进行反射层溅镀，溅镀后的成品就是一单面多层记录层的结构。最后，只要将两单面多记录层的薄片，以记录面对记录面相互粘合起来，便成为一双面多记录层的光碟片。

本发明的具有多层记录层的光碟片的制作方法，包括下列步骤：

制作一具有第一记录信号层的基板；

在该基板上形成一半反射层；

提供一具有记录信号图案的压模，并将其安置于一平面底板上；

在该压模上旋转涂敷一高分子溶液，以形成复制有该压模记录信号的一第二记录层，还包含：

在转速控制约200-400rpm的条件下，将该高分子溶液喷涂在该压模上；

在转速控制约3200-4500rpm条件下，甩匀该高分子溶液；以及

固化该高分子溶液，形成该第二记录层；

粘合该第二记录层与该半反射层；

剥离该压模与该平面底板；以及

在该记录层上形成一保护涂层。

本发明的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于形成该保护涂层之前，将两片具有该第一及第二记录层之基板面对面相结合形成一片完整的光碟片。

本发明的半反射层为金属或介电材料。

本发明的半反射层的材料为金、铝、银、硅、氮化铝、氮化硅或碳化硅。

本发明的半反射层厚度约为10-30nm。

本发明的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于该压模上形成有对称的多个空气孔，使该压模从该第二记录层分离时，可通过将气体吹入该多个空气孔，使该压模易于剥离。

该多个空气孔位于该压模中心部分的直径约为22～35mm处。

本发明的高分子溶液的材料为一树酯。

本发明的树酯为丙烯酸聚合物、聚醚酰亚胺(PEI)、光敏性酰亚胺中的一种。

该树酯使用的量约为5～10ml。

本发明的该第二记录层形成的厚度约为1～15μm。

喷涂该高分子溶液时所使用的喷嘴移动速度须小于5cm/sec，且孔径须小于100μm。

本发明的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于粘合该记录薄膜和该半反射层的步骤还包含：

在一贴合机上置放具有该半反射层的该基板；

在该半反射层上涂敷一粘合胶；

夹持该底板以翻转具有该第二记录层的该压模；

使该第二记录层接触该粘合胶，通过旋转涂敷和压力密合粘接两者；以及

固化该粘合胶。

该粘合胶为一紫外线固化型或是热处理固化型粘胶。

该粘合胶固化时收缩量须小于3％。

本发明的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于粘合该记录薄膜和该半反射层的步骤还包含：

在一贴合机上置放具有该半反射层的该基板；

夹持该底板以翻转具有该第二记录层的该压模；

使该第二记录层接触该半反射层，用一注射筒将一粘合胶由内而外注入两者之间；

利用旋转甩掉多余的该粘合胶；以及

固化该粘合胶。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下面特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1表示本发明一种多层记录层光碟片制作方法的方块流程图；

图2a～2g表示用本发明的方法制作具有双层记录层光碟片的流程示意图；

图3a、3b表示在本发明制程的压模上形成多个对称的气孔的图示；

图4a、4b表示本发明的压模胶合至底板以便于夹持进行制作；

图5a表示本发明的制作过程中将一种记录层粘合在反射层的方式；

图5b表示本发明的制作过程中将另一种记录层粘合在反射层的方式；

图6a、6b表示本发明制作过程中在压模上记录的信号图案与记录层复制后所得图案的比较。

图1为本发明多记录层光碟片制作方法。

形成CD一光碟片多记录层结构的流程步骤如下：

首先，制作一具有第一层记录信号的聚碳酸酯基板(步骤1a)，然后在聚碳酸酯基板上沉积一半反射层(步骤1b)备用；另提供一压模(步骤2a)，其上具有后续所要形成记录层的信号图案，并将其与一底板胶合(步骤2b)；接着以旋转涂敷方式(步骤3)将一高分子材料的薄膜层形成在压模上，以便经固化后(步骤4)形成复制有压模的记录信号的一记录层；再将一粘合胶涂敷在其上(步骤5)，翻转整个底板与压模，将此底板与压模粘合在记录层上(步骤6)；并以固化处理使粘合胶固化，以便记录层能牢固结合于聚碳酸酯基板上；再将底板以及压模与记录薄膜分离，即脱模的程序(步骤7)；最后将脱模所暴露的新表面溅镀上一层反射层(步骤8)，即完成单面双层结构；经过重覆进行上述步骤1b～5的程序，便可陆续在聚碳酸酯基板上形成第二层、第三层…的记录层；最后再在完成的单面多记录层结构外部形成保护涂层(步骤9a)。

依照相同过程步骤，只要将上述的CD系列光碟片或是将二片完成的单面多记录层，面对面贴合即可形成一完整碟片。

本发明可运用于各种CD以及DVD只读型以及可记录型光碟片上，以下将以直径120mm、厚度1.2mm的DVD双面双层光碟片为例进行说明。

真正的DVD双面双层光碟片作法是将两片直径120mm单面双层记录薄片(厚度约0.6mm)，记录面对记录面相互粘合起来，变成一片厚度1.2mm符合规格的光碟片。因此首先就必须制作出厚度为0.6mm、单面但具有双记录层的记录薄片。

图2a～2g为本发明流程步骤的示意图。

如图2a所示，先制作一片压模12，在此压模上所记录的信号是单面第二层所要记录的信号(为易于辩识，此层记录信号称为b)，为了易于后续脱膜，在压模的中心部分夹持区(直径22-35mm处)开有相互对称的空气孔(air-blown hole)122，请参照图3a、3b的实施例，分别可制成具有三孔对称或四孔对称的方式。

接着，此压模12将与一片平面底板10胶合，进行此步骤具有两个目的，第一是易于后续的自动化夹持，第二是提高压模的机械强度，由于电铸(eoectro-forming)之后所得到的压模厚度只有约0.3-0.5mm，相当柔软，易受损，因此将压模12与底板10结合，可避免直接操作压模，减少压模12受到损坏。请参照图4a、4b所示，底板10可配合不同的夹具，作适于夹持的设计。

如图2b所示，利用旋转涂敷法复制压模12上的记录信号，方法是先将胶合后经检视平整无瑕的压模12与底板10由机械手夹持，置于一经特殊设计的夹治具的旋转涂敷机(spin coater)上，并在表面上滴上树酯5-10ml，采用的树酯种类例如可为丙烯酸聚合物(Acrylic polymer)、聚醚酰亚胺(Poly-Ether-Imide)(PEI)、光敏性酰亚胺(Photo Imide)(PI)等，为使薄膜厚度均匀，旋转涂敷至少需经过两个过程：(1)喷涂(disperse)及(2)甩匀(spread uniformly)。在喷涂树酯过程中先以200-400rpm速度喷涂，喷嘴由内径向外径或是由外径向内径，或来回多次喷涂，喷嘴移动速度不可大于5m/sec，所用喷嘴孔径必须小于100μm。在甩匀过程中逐渐增加转速至3200-4500rpm，最后再配合树酯种类调整转速得到一均匀的薄膜14，此时这层厚度约1-15μm的树酯薄膜14将转印复制与压模相反的表面形状，为方便后续叙述我们称这部分的成品为A2(即包含有底板10、压模12及树酯记录层14)。

如图2c所示，以传统的射出成型技术制作聚碳酸酯基板(称之为L1层)20，在L1层20上具有此单面第一层所需的记录信号(为易于辩认，层记录信号称为a)。若是欲制作的碟片是CD系列的碟片，则L1碟片厚度是1.2mm左右，若是DVD系列碟片，则L1碟片厚度是0.6mm左右。

如图2d所示，将L1层20溅镀一层半反射层膜22，这层半反射层材料和溅镀的厚度与日后读取时所使用的波长有密切关系，一般例如是利用金属或是介电材料例如是金(Au)、铝(Al)、银(Ag)、硅(Si)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)等，形成厚度约10-30nm的半反射层22，为方便后续叙述我们称这部分的成品为A1(即包含L1层20及半反射层22)。

如图2e所示，是将前述做好的A1成品半反射层22朝上放置在贴合机(bonding machine)上，同时将一粘合胶24涂于A1半反射层22，此粘合胶24例如可为UV固化型或是热处理固化型粘胶，但其特点是固化时收缩率须小于3％以下。

接着将上述的A2成品翻转，让A2的树酯记录膜层14接触A1的粘合胶24，同时通过旋转涂敷和压力密合粘接A1与A2。另外一种避免产生气泡夹杂的可行的方法，参照图5a，是利用一支注射筒50，由一支长针52将粘合剂24注入在A1以及A2之间，注射的同时，针头52同时向碟片外部移动，由于粘合胶24与树酯14间表面张力的关系，粘合胶24将填充于A1与A2狭窄的空间中，最后利用旋转将多余的粘合胶甩掉。还有一种避免产生气泡夹杂的可行的方法，请参照图5b所示，与上述图例中A1与A2的位置相反，也就是A2在A1的下面，通过以上利用针头52填充粘合胶24方式，或是先将一团粘合胶24涂敷于A2树酯14的中心，再弯曲(bend)A1，因为A1是一层聚碳酸酯塑料物质，容易变形成为突出的浅盘状，先让A2与A1的中心区域相接触，接着慢慢旋转压下A1，同时加大区域接触面，直到粘合胶布满整个碟片为止。

接着将粘合胶24固化，此粘合胶24若为UV固化型粘合胶，UV光源26由A1的聚碳酸酯塑料面射入，让UV固化型粘合胶吸收光能量而固化；若为热处理固化型粘合胶，则将整座夹治具放入热风烤箱中作烘烤，无论所选用的粘合胶为何种类，其收缩量需小于3％，以免造成过度的变形。

如图2f所示，将A1部分的底板10以及压模12与树酯记录膜14分离，为了容易分离，由于在底板以及压模14的中心部分约22-35mm的夹持区域有空气孔122，因此在分离时只要吹入空气，让中心部分的膜层先分离，再继续由内扩大至外圆周，便可轻易的脱模。由于CD或DVD光碟片在夹持区域没有记录信号，分离时若有微小的变形，也不会对碟片的质量造成影响。

如图2g所示，最后将整个物品放入溅镀机中进行反射膜28溅镀，溅镀后的成品就是一单面双记录层的结构。此外，在整个制作过程中为防止灰尘或小颗粒粘附于碟片表面，造成信号的失真，所有过程必须在1000等级或更高等级的无尘室下工作，另外必须有除静电装置，提供电中性的空气。

图6a、6b是利用本发明方法复制信号的表面形状扫瞄，图6a是利用原子显微镜(AFM)扫瞄压模的表面形状所得的结果；而图6b则是利用本发明制作过程，利用旋转涂敷复制压模上的记录信号所得的结果，在压模上原为凸起的部分，经转印后变成凹陷的部分，反之原为凹陷的部分，经转印后变成突起部分，由AFM的结果可知本发明方法将极精确有效地转印原压模上的信号图案。

虽然本发明已公开了一较佳实施例，但其并非用来限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的改进和替换，应被视为属于本发明的保护范围。

Claims (23)

1.一种具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于包括下列步骤：

制作一具有第一记录信号层的基板；

在该基板上形成一半反射层；

提供一具有记录信号图案的压模，并将其安置于一平面底板上；

在该压模上旋转涂敷一高分子溶液，以形成复制有该压模记录信号的一第二记录层，还包含：

在转速控制约200-400rpm的条件下，将该高分子溶液喷涂在该压模上；

在转速控制约3200-4500rpm条件下，甩匀该高分子溶液；以及

固化该高分子溶液，形成该第二记录层；

粘合该第二记录层与该半反射层；

剥离该压模与该平面底板；以及

在该记录层上形成一保护涂层。

2.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，在形成该保护涂层之前，将两片具有该第一及第二记录层的基板面对面相结合形成一片完整的光碟片。

3.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于还包括重覆下列步骤：

在该基板上形成一半反射层；

提供一具有记录信号图案的压模，并将其安置于一平面底板上；

在该压模上旋转涂敷一高分子溶液，以形成复制有该压模记录信号的一记录薄膜；

粘合该记录薄膜与该半反射层；以及

剥离该压模与该平面底板，以陆续在该基板上形成多层记录层。

4.如权利要求3所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，在形成该保护涂层之前，将两片具有多层该记录层的基板面对面相结合形成一片完整的光碟片。

5.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该半反射层为金属或介电材料。

6.如权利要求5所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于该半反射层的材料为金、铝、银、硅、氮化铝、氮化硅或碳化硅中的一种。

7.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该半反射层厚度约为10-30nm。

8.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该压模上形成有对称的多个空气孔，使该压模从该第二记录层分离时，可通过将气体吹入该多个空气孔，使该压模易于剥离。

9.如权利要求8所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该多个空气孔位于该压模中心部分的直径约为22～35mm处。

10.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该高分子溶液的材料为一树酯。

11.如权利要求10所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该树酯为丙烯酸聚合物、聚醚酰亚胺(PEI)、光敏性酰亚胺中的一种。

12.如权利要求10所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该树酯使用的量约为5～10ml。

13.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该第二记录层形成的厚度约为1～15μm。

14.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，喷涂该高分子溶液时所使用的喷嘴移动速度须小于5cm/sec，且孔径须小于100μm。

15.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，粘合该记录薄膜和该半反射层的步骤还包含：

在一贴合机上置放具有该半反射层的该基板；

在该半反射层上涂敷一粘合胶；

夹持该底板以翻转具有该第二记录层的该压模；

使该第二记录层接触该粘合胶，通过旋转涂敷和压力紧密粘接两者；以及

固化该粘合胶。

16.如权利要求15所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该粘合胶为一紫外线固化型或是热处理固化型粘胶。

17.如权利要求15所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该粘合胶固化时收缩量须小于3％。

18.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，粘合该记录薄膜和该半反射层的步骤还包含：

在一贴合机上置放具有该半反射层的该基板；

夹持该底板以翻转具有该第二记录层的该压模；

使该第二记录层接触该半反射层，用一注射筒将一粘合胶由内而外注入两者之间；

利用旋转甩掉多余的该粘合胶；以及固化该粘合胶。

19.如权利要求18所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该粘合胶为一紫外线固化型或是热处理固化型粘胶。

20.如权利要求18所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该粘合胶固化时收缩量须小于3％。

21.如权利要求1所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，粘合该记录薄膜与该半反射层的步骤还包含：

在一贴合机上置放具有该第二记录层的该压模；

翻转具有该半反射层的该基板；

在该第二记录层中心涂敷一粘合胶；

弯曲该半反射层与该聚碳酸酯基板，先使该半反射层中心接触该第二记录层，再逐渐旋压下该半反射层，直到该粘合胶布满两者之间；以及

固化该粘合胶。

22.如权利要求21所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该粘合胶为一紫外线固化型或是热处理固化型粘胶。

23.如权利要求21所述的具有多层记录层的光碟片的制作方法，其特征在于，该粘合胶固化时收缩量须小于3％。

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