CN1274151A - 光学记录媒体 - Google Patents

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Abstract

一种光学记录媒体,防止在其光透射层上产生擦伤或变形,以保证最佳记录和/或复制。该光学记录媒体包括一个0.3mm至1.2mm厚度的基片、和一个3μm至177μm厚度、粘结到记录层上的光透射层。通过从光透射层侧照射光可以记录和/或复制信息。表面处理的光透射层按照维氏硬度具有不小于3HMV的硬度。另外,表面处理的光透射层当用毫微压痕法测量时具有不小于0.5GPa的硬度和不小于4GPa的杨氏模量。

Description

光学记录媒体
本发明涉及一种光学记录媒体，其中一个薄厚度的光透射层粘结到一个基片上的记录层上、并且其中从光透射层侧照射光以记录和/或复制信息的。
在光盘中，如所谓的紧致盘(CD)中，光从1.2mm厚度的透明基片侧照射以读出信号。透明基片由透明热塑性树脂形成，并且在其表面上形成凹坑。就是说，光盘包括一个1.2mm厚度的光透射层，凹坑形成在底部表面上。
在这种情况下，照射的重放光的复制斑点直径由如下公式表示：
＝1.22×λ/N
其中λ是重放光波长，而NA是透镜的数值孔径。
就780nm的重放波长和0.45的透镜数值孔径NA而论，例如重放光斑点直径是约2.1μm。由于在1.2mm厚度的光透射层表面上的斑点直径是约715μm，所以不妨碍重放光，同时能校正产生的误差，在大多数情况下，即使在光透射层的表面上已经出现灰尘粘附或擦伤也是如此。
作为一种能够实现记录到显著比对于CD高的密度的光学记录媒体，也提出了这样一种光学记录媒体：具有3至177μm厚度的片形光透射层，且适于从该片状光透射层侧照射光。
在其中光透射层与常规透明基片相比极薄的这种光学记录媒体中，通过灰尘沉积、或由与光学拾取器的碰撞产生的擦伤，或通过把粘附灰尘夹持在光学拾取器与光透射层之间，对记录和/或复制光的妨碍呈现严重问题。
如果就记录和/或复制波长λ＝515nm、光学拾取器的物镜的数值孔径NA＝0.85、及光透射层的折射率n＝1.58而论，对于具有100μm厚度的光透射层，估计重放斑点直径和在光透射层表面上的斑点直径，则重放斑点直径是约0.74μm，而在光透射层表面上的斑点直径是约130μm。由于在光透射层的表面上的斑点面积是对于CD的约1/30，并且接近在我们日常生活中遇到的灰尘和污物的尺寸，所以就这类光学记录媒体而论，必须对灰尘和污物的沉积或划痕引起足够的注意。
至今已经认识到，由聚碳酸酯形成的透明基片趋于在与光学拾取器碰撞时擦伤。在其中从减小厚度的光透射侧照射光的光学记录媒体中，使用NA高至0.85的光学拾取器，并且把在光透射层与光学拾取器之间的距离(工作距离)设置为不大于300μm，由碰撞或在光学拾取器与光透射层之间的灰尘和污物的夹持引起的擦伤趋于比对于常规光学记录媒体较显著地出现。因此，如果基于四氟乙烯的材料用作用于光学拾取器的壳体材料，并且以5m/sec(米/秒)的线速度以20Hz下产生碰撞，则跟踪伺服在约100次碰撞出现时处于困境中，使在读出期间的误差校正成为不可能的。实际上，观察到同心擦伤已经出现在聚碳酸酯片的表面上。
因此本发明的目的在于，提供一种其中可以禁止光透射层免于擦伤或变形而不引起记录和/或复制障碍的光学记录媒体。
本发明的另一个目的在于，提供一种在生产效率方面和在批量生产方面优越的光学记录介质。
本发明者已经进行了各种研究，并且发现，通过在开始时表面处理光透射层以便增大表面硬度、减小摩擦系数及防止起电，有可能实现在错误校正范围内的记录和/或复制，而不顾光学记录媒体与光学拾取器碰撞的发生。本发明者也已经发现，通过用微维氏硬度法或用毫微压痕法测量光透射层的表面硬度，有可能测定能够承受与光学拾取器的碰撞的硬度。
本发明根据该信息完成，并且提供具有0.3mm至1.2mm厚度的支撑、一个提供在支撑上的记录层及一个提供在记录层上厚度3μm至177μm的光透射层。该信息由从具有表面处理表面的光透射层侧照射的光记录和/或复制。
最好，光透射层按照维氏硬度具有不小于13HMV的硬度，并且当用毫微压痕法测量时硬度不小于0.5GPa，或者当用毫微压痕法测量时杨氏模量不小于4GPa。
通过表面处理，禁止光透射层表面被损坏或变形，以保证高可靠性的记录和/或复制。
就是说，根据本发明，即使光学拾取器与光透射层碰撞，光透射层也不被损坏或变形，以保证在误差校正范围内的记录和/或复制。
况且，根据本发明，由于使用表面处理片，所以能省去在盘制造之后从一个完成盘到另一个进行的盘表面处理步骤，由此提高生产效率。
图1是示意剖视图，表示实施本发明的光盘的说明性结构。
图2是示意图，表示在测量中由毫微压痕法使用的测量装置的整个结构。
图3是曲线图，表示由毫微压痕法测量的负载-位移曲线。
参照附图，将详细解释根据本发明的一种光学记录媒体。
图1表示实施本发明的一种光学记录媒体的一个例子。在该光学记录媒体中，一个记录层2形成在支撑基片1上，并且一个光透射层3粘结至其上，以放在记录层2上。信息从光透射层3侧写或读出，从而光学拾取器4面着光透射层3布置。
作为记录层2，可以使用已知的可用作光学记录媒体的记录层的任何适当记录层。例如，反射膜、相变记录膜、光磁记录膜、及有机染料记录膜的至少一种形成为记录层2。
支撑基片1是例如热塑性树脂的模压件，并且具有形成在其表面上的微细相位凹坑或引导凹槽，其上适当地形成记录层2。
光透射层3是薄聚碳酸酯片，并且其厚度至少在其记录面积中设置为3至177μm。通过减小光透射层3的厚度，高NA光学拾取器能用来实现高密度记录。
本发明的一个特征在于，把在开始时表面处理的片用作光透射层3的片，以便实现表面硬度增大、摩擦系数减小及起电防止的至少一个。
通过把其上预先形成Si氧化物、Si氮化物、Si碳化物、Si氧化物和Si氮化物的混合物、及硬碳至少一种的片；或其表面已经涂敷液体光可熟化树脂或液体热硬化树脂的片，作为光透射层3的片，可以增大表面硬度。
最好，光透射层3的表面硬度具有不小于13HMV的维氏硬度，用毫微压痕法测量的硬度不小于0.5GPa，或杨氏模量不小于4GPa。
就微维氏硬度试验法而论，把金刚石加压器(微维氏加压器)压到试样表面中，以测量试样的硬度。使用四方锥形式的、具有136°对角线表面的金刚石加压器，按照推压硬度，在试验表面中形成一个棱锥形压痕。这时的负载除以从压痕对角线的平均长度求出的表面面积。通过测量在这时产生的裂纹长度能求出破坏韧性，同时通过观察在裂纹与细微组织之间的相互作用能得知韧性提供机理。
该方法具有小试验件在测量硬度或韧性时足够进行试验的特征。
然而，难以实现具有不大于1μm的、根据通过蒸汽沉积或溅射膜形成得到的无机膜状材料的硬度的准确测量。原因因此是下面的层起影响因素的作用，并且当迫使加压器进入试样材料的体积中时，薄膜裂开，使得不可能实现压痕对角线的准确测量。
另一方面，毫微压痕法是一种由此当迫使小尺寸金刚石加压器进入薄膜体积时能准确测量在变形过程期间负载和位移的方法。该方法用来测量薄膜的硬度和弹性模量，或者用来研究破坏状态。然而注意，试样测量要在室温下进行，因为试样与加压器相接触。
图2表示毫微压痕法使用的一种典型测量装置。该测量装置包括一个安装在金刚石加压器5的最接近端部上的电磁铁6，并且金刚石加压器5由一根弹簧7支撑。在金刚石加压器5的背部处布置一个磁铁8。在试样9上的金刚石加压器5的负载由用于负载的磁铁8和电磁铁6的相互作用确定。
在金刚石加压器5的中部处，安装一个电容式位移测量计10，适于测量金刚石加压器5的位移。
在以上测量装置中，负载添加是借助于利用电磁感应或压电效应。分别通过读出电流值和通过在前和后情况下的测力传感器确定负载值。用于试验的负载通常具有mN量级，分辨率是约1μm。通过测量电容变化以约0.2mN的分辨率确定位移。
图3表示一根曲线，表示如由毫微压痕法得到的典型负载-位移曲线。由于伴随加压器的加力的变形状态是复杂的，所以不可能整体分析得到的曲线。然而，有可能从最大负载(Pmax)附近的数据导出弹性模量和硬度。
假定在卸载初始阶段的变形是弹性变形，并且弹性常数Eeff与画到在最大负载Pmax处曲线的切线斜率S有如下关系 S = 2 π · β · A · E eff
另一方面，从熟知的如下关系导出硬度：
H＝Pmax/A
其中
β是取决于加压器形状的无量纲因数；
A是加压器的接触面积；及
Eeff是弹性常数。
注意，在Berkovich加压器的情况下，β和A由如下公式给出：
β＝1.034
其中
A＝24.5hc 2及
hc＝hmax-0.75·Pmax/S。
另一方面，薄膜的杨氏模量Ef可以通过如下公式由弹性常数Eeff的测量值导出：
1/Eeff＝(1-Vf 2)Ef+(1-Vindenter 2)/Eindenter
该公式考虑到加压器变形。在以上公式中，Vindenter＝0.07和Eindenter＝1141GPa。
应该注意，在毫微压痕法中，在试验中应该注意这样的事实：如果迫使加压器至过大深度，则界面或基片起影响因素的作用。对Si基片上Al薄膜的试验结果和采用有限元法的计算指示，如果加压器深度不大于薄膜厚度的1/10至1/5，则能忽略基片的影响。该值用作在其他薄膜中的度量。
根据本发明，有可能使用在开始处表面处理的片作为光透射层3，以便不仅增大表面硬度，而且也减小摩擦系数和防止起电。为了前一目的，通过例如在开始时涂敷硅油进行表面处理，而为了后一目的，通过涂敷阳离子表面活性剂和两性表面活性剂的至少一种进行表面处理。
现在参照具体例子解释本发明。
例1
把在开始时涂有至2μm厚度的液体光可熟化树脂的100μm厚聚碳酸酯片冲压成盘形，并且使用液体光可熟化树脂作为粘合剂粘结到1.2mm厚的光盘支撑基片上，以制成高密度光盘。
这种液体光可熟化树脂具有40HMV的维氏硬度，该硬度提高到约是未处理聚碳酸酯基片的表面上硬度的三倍。
结果，即使诸如沙粒或灰尘之类的较高硬度污染物附着到盘表面上和夹持在光学拾取器与光透射层之间，则也能降低损坏光透射层的危险。
例2
把其上通过溅射形成80nm厚的SiOx(1≤x≤2)的100μm厚聚碳酸酯片冲压成盘形，并且使用液体光可熟化树脂作为粘合剂粘结到1.2mm厚的光盘支撑基片上，以制成高密度光盘。
通过毫微指示器II，由NANO-INSTRUMENTS INC.制造的产品的商标名，把毫微压痕法作为薄膜硬度测量法测量的表面硬度和杨氏模量，分别为约2GPa和约17GPa。由于未处理聚碳酸酯片的表面硬度和杨氏模量分别为约0.3GPa和约4GPa，所以可以明白，高密度光盘是表面硬度的希望改进。
况且，作为SiOx膜形成的结果，有希望能把盘表面上的动态摩擦系数从0.25减小到0.15。
使用HEIDON22，由SHINTO KAGAKU SHA CO.LTD.制造的测量装置的商标名，在20gf负载的测量条件和在60mm/min的测量速度下，使用直径10mm的不锈钢(SUS)球，测量动态摩擦系数
作为摩擦系数减小的结果，能减小在光学拾取器与光透射层接触时产生的在光盘媒体上的划痕数量。
例3
把其上通过溅射形成150nm厚的Si3N4的100μm厚聚碳酸酯片冲压成盘形，并且使用液体光可熟化树脂作为粘合剂粘结到1.2mm厚的光盘支撑基片上，以制成高密度光盘。
通过NANO-INDICATOR II，由NANO-INSTRUMENTS INC.制造的产品的商标名，把毫微压痕法作为薄膜硬度测量法测量的表面硬度和杨氏模量，分别为约4GPa和约28GPa。由于未处理聚碳酸酯片的表面硬度和杨氏模量分别为约0.3GPa和约4GPa，所以可以明白，高密度光盘是表面硬度的希望改进。
况且，作为Si3N4膜形成的结果，有希望能把盘表面上的动态摩擦系数从0.25减小到0.18。
使用HEIDON 22，由SHINTO KAGAKU SHA CO.LTD.制造的测量装置的商标名，在20gf负载的测量条件和在60mm/min的测量速度下，使用直径10mm的不锈钢(SUS)球，测量动态摩擦系数
作为摩擦系数减小的结果，能减小在光学拾取器与光透射层接触时产生的在光盘媒体上的划痕数量。即使在5m/sec线速度和20Hz下引起光学拾取器碰撞盘1000次时，也不增大面积中的读出错误频率，显著不同于把易于增大错误校正的频率的未处理聚碳酸酯片用作光透射层的光盘。通过在聚碳酸酯片上形成Si3N4膜，即使在盘与光学拾取器碰撞时，也没有在读出中引起的问题。
例4
一种由TAKAMATSU YUSHI CO.LTD制造的阳离子表面改良剂IN-177B涂敷到100μm厚的聚碳酸酯片上，在100℃下用热空气干燥，并且在120℃下热处理三分钟，以把表面改良剂涂敷在聚碳酸酯片上至1μm的度厚。
把其上把阳离子表面改良剂预涂敷到1μm厚度的聚碳酸酯片冲压成盘形，并且使用液体光可熟化树脂作为粘合剂粘结到1.2mm厚的光盘支撑基片上，以制成高密度光盘。
结果，能把表面电阻值从1015Ω/cm2降低至107Ω/cm2，如在20℃和30RH％的测量条件下测量的那样，这指示能减小静电荷在光透射层上的粘附量。
例5
把100μm厚度的聚碳酸酯片冲压成盘形，并且使用液体光可熟化树脂作为粘合剂粘结到1.2mm厚度的光盘支撑基片上。在该聚碳酸酯片上由一个刻印系统顶部涂敷由SHIN-ETSU KAGAKUKOGYO SHA CO.LTD.制造的、在KF-96商标名下的硅油，以制成高密度光盘。
结果，在表面润滑性方面改进光盘，动态摩擦系数现在从0.26减小到0.08。通过由SHINTO KAGAKU SHA CO.LTD.制造的HEIDON 22，使用在20gf负载下和在60mm/min的测量速度下，使用直径10mm的不锈钢(SUS)球，测量动态摩擦系数。
以这种方式，能减小光透射层在其与光学拾取器碰撞时的表面损坏或变坏。

Claims (11)

1.一种光学记录媒体，包括：
一个支撑，具有0.3mm至1.2mm的厚度；
一个记录层，提供在所述支撑上；及
一个光透射层，提供在所述记录层上，所述光透射层厚度为3μm至177μm，并且使用其表面熟化；
其中
由从光透射层侧照射的光记录和/或复制信息。
2.根据权利要求1所述的光学记录媒体，其中
所述光透射层是粘结到所述记录层上的片。
3.根据权利要求1所述的光学记录媒体，其中
所述光透射层按照维氏硬度具有不小于13HMV的表面硬度。
4.根据权利要求1所述的光学记录媒体，其中
所述光透射层当用毫微压痕法测量时具有不小于0.5GPa的表面硬度。
5.根据权利要求1所述的光学记录媒体，其中
所述光透射层当用毫微压痕法测量时具有不小于4GPa的杨氏模量。
6.根据权利要求2所述的光学记录媒体，其中
在所述片表面上预涂敷和熟化液体光可熟化树脂或液体热可熟化树脂。
7.根据权利要求2所述的光学记录媒体，其中
在所述片上预形成Si氧化物、Si氮化物、Si碳化物、Si氧化物和Si氮化物的混合物、及硬碳中的至少一种。
8.一种光学记录媒体，包括：
一个支撑，具有0.3mm至1.2mm的厚度；
一个记录层，提供在所述支撑上；及
一个光透射层，提供在所述记录层上，所述光透射层厚度为3μm至177μm，并且使用其表面为起电防止而被处理；
其中
由从光透射层侧照射的光记录和/或复制信息。
9.根据权利要求8所述的光学记录媒体，其中
在所述光透射层的表面上涂敷阳离子表面活性剂和两性表面活性剂的至少一种。
10.一种光学记录媒体，包括：
一个支撑，具有0.3mm至1.2mm的厚度；
一个记录层，提供在所述支撑上；及
一个光透射层，提供在所述记录层上，所述光透射层厚度为3μm至177μm，并且使其表面被处理以减小摩擦系数；
其中
由从光透射层侧照射的光记录和/或复制信息。
11.根据权利要求10所述的光学记录媒体，其中
在所述光透射层的表面上涂敷硅油。
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