CN1864213A - 光记录基板和光记录媒体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光记录基板的制造方法，将玻璃转移温度在120℃～190℃范围内，单路径的双折射延迟在+10nm～－10nm范围内，并且，厚度为0.35mm以下的有机高分子薄片，在减压下与具有凹凸和/或沟槽的压模的具有凹凸和/或沟槽的表面相接触，而且对其进行加热加压。采用此方法，能造出在薄的有机高分子薄片上容易转印出压模图案但无漏印的光记录基板。

Description

光记录基板和 光记录媒体及其制造方法
技术领域
本发明涉及光记录基板、利用它的光记录媒体以及上述基板的制造方法。更详细地说，涉及能适应光头向高数值孔经、短波长发展的光记录基板以及利用它的、能高密度记录的光记录媒体和光记录基板的制造方法。
背景技术
光盘和光卡等光记录用的基板材料，过去由于聚碳酸酸酯树脂和聚甲基丙烯酸甲酯树脂等是优良的光学材料，所以被广泛利用。其中，聚碳酸酯树脂由于透明性、耐热稳定性、轫性等良好，所以广泛用作光盘用基板。
近几年，由于光(光磁性)记录盘的大容量化，或DVD的开发、兰色激光的开发等技术进步，记录密度的高密度化日益发展。光盘基板的厚度从CD的1.2mm减少到DVD的0.6mm，并且，由于光盘的记录容量高密度化，光盘厚度要求越来越薄。但是，0.35mm以下的薄的光盘基板用注塑成形法来制造，因为树脂冷却非常快，所以，很难使基板满足以下性能：树脂向基板外周部的充填、内外周的良好的厚度均匀性、小坑、沟槽的转印性。虽然，通过对模具、成形条件下工夫，已能获得满足这些特性的0.3mm厚的基板，但是，由于成形时树脂流动使分子的取向很难缓解，双折射的值非常大。通过优化制造条件来使其减小也已达到了极限程度。为了减小双折射，泽奥乃库斯、泽奥诺尔(日本泽昂公司)、阿顿(JSR公司)等的非晶链烯烃早已提出了方案。这些链烯烃光弹性常数小，所以，对1.2mm厚的基板，与采用聚碳酸酯树脂时相比，能获得相当小的双折射的基板。但是，对于0.6mm厚的基板，双折射充其量只能减小到聚碳酸酯树脂情况下的约1/2。对于0.3mm的厚度，双折射在使用聚碳酸酯树脂的情况下仍然很大，没有多大变化。并且，若用0.1mm厚度，则利用注塑成形法连获得规定的外形尺寸都很困难，并且基板刚性也下降，所以，基板从压模中脱模，用机械手取出也很困难。
对此，过去已提出这样的解决方法，也就是说使薄膜接触压模，利用热和压力把压模的图样转印到薄膜上。日本专利特开平1-113224号公报提出的方法是：对热塑性树脂薄膜或薄片，一边在热塑性树脂材料的玻璃转移温度以上加直流电场，一边加压成形。这样能减小双折射的斑痕(不均匀)。特开平4-270633号公报提出的方法，一种是把薄膜状的加热器夹持在加热板和模型板(压模)之间，从上下进行加热；另一种方法是：把模型板和热塑性树脂重合在一起，使其通过加热加压辊之间，结果能改善双折射的不均匀性。若采用这些方法，则能缩短升温、冷却时间，提高生产效率。但是出现了压模图样局部不能转印的部分。即用肉眼无法看见该缺陷，但用显微镜、AFM(原子间力显微镜)等能够观察出数nm到数μm的微小缺陷，这将造成媒体的缺陷。另外，也提出了与采用单片模压机的方法不同的方法，即利用辊轮的连续式转印法。特开平5-269845号公报提出的方法是：把熔融树脂片夹持到表面上具有预成形图形的辊轮压模和镜面辊轮之间，进行转印。这种方式，因树脂片也是连续供给的，所以生产效率也较高，上述部分转印缺陷较少。但是，加在树脂薄片上的力在长度方向和宽度方向上各不相同，很难保持尺寸的均匀一致性。特开平11-345436号公报对此提出了对变形进行预测，对压模中的布置形状进行修正的方法。但是，薄片尺寸、形状随卷绕条件、加压条件等而产生微妙的变化，很难准确对其进行控制。
预计，今后光记录的高密度化将进一步发展，希望出现能适应激光光源短波长化和光头高数值孔径化的光记录基板。其中，由于存取速度快，能高密度记录的光盘方面波长缩短，所以，迫切需要高密度化。其有力的后继产品是厚度0.35mm以下，而且能转印沟槽、小坑的基板。用现有技术，不能获得注塑成形、压力成形均能满足要求的这样厚的基板。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决上述问题的光记录基板，尤其光盘基板的制造方法。
本发明的另一目的还在于提供用热压法容易在薄的有机高分子薄片上无漏印地转印压模图样的光记录基板的制造方法。
本发明的再另一目的在于提供利用按上述方法制造的光记录基板来制造能够高密度记录的光记录媒体的方法。
本发明的再另一目的在于提供用本发明的方法制成的光记录基板和光记录媒体。
本发明的再另一目的和优点，从以下说明中可以看出。
采用本发明，实现本发明的上述目的和优点的方法，第1是利用光记录基板的制造方法，其特征在于：将玻璃转移温度在120℃～190℃范围内，单路径的双折射延迟在+10nm～-10nm范围内，并且，厚度为0.35mm以下的有机高分子薄片，在减压下与具有凹凸和/或沟槽的压模的具有凹凸和/或沟槽的表面相接触，而且对其进行加热加压。
采用本发明，实现其上述目的和优点的方法，第2是光记录媒体的制造方法，其特征在于：在利用上述本发明方法制成的光记录基板的、转印压模的凹凸和/或沟槽的面上形成反射膜和/或记录膜。
采用本发明，实现本发明的上述目的和优点的方法，第3是光记录基板和光记录媒体，其特征在于：分别利用本发明的上述方法而制成。
附图说明
图1是实施本发明用的光记录基板的制造工序的说明图。
具体实施方式
首先说明有机高分子薄片。
本发明的有机高分子薄片的厚度为0.35mm以下，最好是0.35～0.001mm。取决于光检测的物镜和到达光记录媒体的记录面(反射面)的距离，由于弯曲等原因，光记录媒体记录面(反射面)倾斜时的光的像差增大，所以到达反射面的路线上的基板的厚度越薄越好。现在市场上发展的DVD，厚度为0.6mm，进一步要求达到0.3mm、0.1mm的基板(光透射层)。本发明能适应这些薄的基板。
本发明的光记录基板的材料需要具有120℃～190℃的玻璃转移温度。光盘在高温的车内使用的情况很多。所以，要求光盘在110℃下进行耐热试验。在玻璃转移温度低的情况下不仅外观产生热变形，而且，由于记录时和重放时的激光的热，或/和相变化型光记录媒体中初始化(初始结晶化)时的大功率激光照射，所以小坑和面、沟槽这些成形的图形也会发生变化。从这一点出发，玻璃转移温度越高越好，应为120℃以上，最好是130℃以上。并且，太高时，在成形中，压模的凹凸和沟槽很难转印到薄片上，使转印质量不合格和双折射增大。
本发明的一大特征是：作为材料用的成形前的有机高分子薄片的双折射延迟在单一通过时为+10nm～-10nm。这里说的双折射延迟是指波长633nm的光垂直射入到薄片面内时(所谓垂直入射)的延迟。延迟值若为+10nm～-10nm范围内，则能获得良好电气特性。由于光记录媒体记录重放时所用的激光波长不同，造成延迟不同。即使波长400nm的光产生的延迟值，也会相对于633nm的值来说，只变化约2％，即使用420nm的激光进行录放的光记录媒体，如能满足该范围的话，也能获得良好的电气特性。满足这样条件的薄片材料，例如有聚碳酸酯树脂和泽奥乃库斯及泽奥诺尔(均为日本泽昂公司制)、阿顿(TSR公司制)等非晶聚链烯烃树脂等。并且，有聚碳酸酯树脂和具有反向双折射性和聚苯乙烯等和聚碳酸酯的共聚物等。用挤压法制作的薄片，双折射的绝对值会增大，或者在长度方向和宽度方向上双折射不同，所以，进行退火处理是有效的方法。其中，流延法聚碳酸酯树脂薄膜“Pureais”(商品名，帝人公司制)，不仅双折射小，而且薄膜厚度分布也非常均匀，所以，特别优异。
本发明所用的有机高分子薄片，希望至少与压模相接触的一个面是粗面化加工的。如上所述、用过去的单片式模压法，不仅有肉眼能看到1mm～数cm大的缺陷，而且，还有用显微镜和AFM能检查出的微小的未转印部分，仅靠研究模压条件是很难完全解决问题的。对这一问题认真研究的结果，发现，压模和有机高分子薄片之间残存的空气是主要原因。当有机高分子薄片和压模相重合设置时，两者部分地紧密接合，有时两者之间残存的空气不能完全除去。尤其把模压温度设定在有机高分子薄片的玻璃转移温度以上时，两者的接触部分局部熔接，被这些地方包围起来的区域，以后长时间抽真空也不能除去空气。为了解决这一问题，必须把有机高分子薄片和压模的有凹凸和/或沟槽的压模表面(以下亦称信息面)之间存在的空气，在两者完全接触之前完全清除干净，或者把模压温度设定为室温或至少在玻璃转移温度以下进行积层，在充分抽真空之后，再使压模温度升高。但是，前者，设备复杂，后者生产速度慢。为了改善这一情况，预先对有机高分子薄片与压模信息面的接触面进行粗面化或者压花，在模压前减压时能有效地使其中残留的空气排出。与该面相反的面也是如此，若其中有残留空气，则与压模的实质接触压力发生变化，影响转印特性。所以，希望对其反面也进行粗面化或压花处理。粗面化的凹凸形状无论什么样均可，但希望在与压模接触时空气层是连续性的。从这一意义上看，薄片面上与其有凹陷，不如相反地有突出更好。例如，突起的断面的大致形状有：正方形、长方形、圆形、三角形，或者使其前端部分变成平的，形成台面状。这些突起的高度要适当选择，若太低，则改善排气的效果差。另一方面，若太高，则热压后仍有一部分凸凹形状存在，效果不好。希望在模压前不完全与压模相接触，模压后该凹凸完全消失。因此，突起高度以1μm～100μm为宜，最好是1μm～20μm。对粗面化的方法无特别限制，例如可以使具有像织物、编织物那样的凹凸面的基材与薄片相接触，对表面凹凸形状进行热压，转印图样。为了简化薄片突起的前端形状，希望薄片的树脂不要向织物、编织物的纤维之间侵入太多。因此，希望预先使适当的少量树脂进入到织物、编织物内使纤维之间预先充填树脂，但是，希望表面保持凹凸形状。充填希望使用热压法，所以，充填的树脂希望是耐热性的。氟树脂，例如聚四氟乙烯(注册商标)，与薄片的脱模性良好，希望选用。另外内部浸有聚四氟乙烯(注册商标)的玻璃纤维薄片也很适用。
有机高分子薄片必须能透射信息录放的激光，所以，希望透射率高，例如85％以上。
光记录媒体上，录放信息用的光束的导向沟槽和位置信息、驱动器的光盘旋转信息、信号的录放条件等，均以凹凸的方式(小坑)存在。本发明的方法是，在减压条件下对压模的信息面进行热压，把上述形状转印到有机高分子薄片上，制成光记录基板。这里所谓的减压，其目的在于排除系统内的空气，有助于转印。希望把气压降到0.3个大气压(3×104Pa)以下。通常，也使装置有密封性，更高的标准大都是0.1个大气压左右。并且，所谓热压是指在加热状态下加压力。热压时使用的温度，一般是比有机高分子薄片的玻璃转移温度高5℃～50℃，更高的条件是比玻璃转移温度高15℃～35℃。若低于该温度，则难于获得充分的转印质量；若高于该温度，则容易产生有机高分子薄片变形等问题。例如，在玻璃转移温度为145℃的树脂的情况下，160℃～180℃比较适宜。并且，所加最佳压力随所用树脂、温度及其他条件而变化，但应当在例如6～16Mpa范围内。若低于该值，则很难获得充分的转印，相反，若高于该值、则热压成形后有机高分子薄片取出时会出现脱模困难问题。
热压成形时对有机高分子薄片/压模信息面均匀施加压力，这时防止发生未转印部分是很重要的。如果热压装置(上下压机台面之间)的平行度、接触面的平滑性稍有问题，就不能均匀地施加压力。并且，大都希望用金属板来夹持有机高分子薄片/压模进行热压，但是该金属板的平滑性也不一定良好，有时，不能均匀地传递压力，形成转印不良区域。为了减少这种热压操作时的影响，希望采用缓冲材料。从弹性、耐热性的观点出发，缓冲材料希望采用例如硅橡胶、氟树脂类橡胶。缓冲材料太厚时，导热性降低；太薄时，压力均匀化效果减小，所以，缓冲材料希望采用0.5mm～2mm的厚度。该缓冲材料放入到压机台和压模之间，或者压机台和有机高分子薄片之间，效果良好，若两处均放缓冲材料，则效果更好。
对用本发明的方法制造的光记录基板的尺寸没有特别限制，但在该光记录基板为光盘基板的情况下，一般为直径30mm～300mm，希望是制作约15mm直径的中心孔的圆盘形状。
本发明的光记录基板，对现有的热压成形设备改进后即可制造。减压的方法，例如可以是利用像硅橡胶那样的具有弹性的耐热材料对周围包围起来的范围内，利用真空泵进行排气。并且，解决现有单块式热压装置存在的冷却、加热花费时间太长的问题，其方法是，例如实施例中如图1所示，对4个工序自动地连续进行的作业台中，把各个基板取出和有机高分子薄片放置→预热→热压→缓慢冷却这4个工序，若能在一个周期内完成，则也可以提高生产效率。
用本发明方法制造的光记录基板是光卡或光盘用的基板，尤其作为可改写光盘能用于光磁记录媒体、利用相变化的记录媒体、作为仅能写一次的媒体的利用染料的媒体(称为-R)、最初以小坑形状来记录信号的媒体(称为-ROM)等。
对这些光记录媒体，根据目的，来形成各种记录层和/或反射层、以及有时还形成保护层、保护树脂层等，并且，如有必要，把2片贴合起来，作为光记录媒体例如光盘使用。记录层和/或反射层，形成在光记录基板的转印了压模的凹凸和/或沟槽的面上。利用所谓兰色对应记录媒体的波长420nm以下的激光来进行信息重放或信息记录的光盘，迫切需要薄的基板，而且，双折射的影响更加重要，所以，本发明效果良好。
本发明的光记录基板，是在薄基板上形成小坑、沟槽等，是高密度光记录用的基板，它有利于今后高密度记录所必须的记录和读出的短波长化以及激光头的高数值孔经化。尤其是高密度记录用的光盘基板。
实施例
以下利用实施例，详细说明本发明。但本发明并不仅限于该实施例。
第1实施例
利用日精树脂工业公司制的NIC200型成形机；进行光记录基板的成形。本设备如图1所示，由以下4个台构成：①工件(薄片)放置，基板取出(压机0)，②预热压(压机1)，③热压(压机2)，④冷压(压机3)。它能使压模和有机高分子薄片的积层体每次均按规定时间一边使接触面保持减压，一边固定在旋转板R上，进行旋转移动。在压机0处，压模和有机高分子薄片等被压制材料进行积层。积层后，关闭盖子，开始抽真空，然后向下一工序旋转移动。被压制材料在压机1处被预热后，在压机2处加热到规定温度，转印压模表面形状。然后在压机3处进行冷却固定，在压机0处从开口部A中取出基板。
有机高分子薄片采用流延法制造的聚碳酸酯薄膜，Pureais(商品名、帝人公司制，以下简称为PC薄膜)，厚度100μm。该薄膜用DSC(示差扫描热量测量法)测出的玻璃转移温度为160℃，双折射延迟，按单一通过为7nm。压模采用作为兰色激光记录用的沟槽深45nm，轨迹间距0.3μm(基底·沟槽记录)，外径138(记录区外径：118mm)。使PC薄膜与压模信息面相接触，用1.0mm厚的不锈钢板(PC薄膜接触面为镜面)来夹持其两侧，放置到薄片成形机的压机0位置上。放后开始抽真空，10分钟后移动到预热工序压制，按照预热温度150℃，加热温度170℃，压制压力20吨，压制时间1分的条件进行压制。冷却工序采用温度20℃时间1分的条件。
获得的光盘基板，进行以下检查：①肉眼检查，②用强力光源卤素灯光照射的观察，③利用AFM(原子间力显微镜、精工电子工业公司制的SFA-300的沟槽转印状况观察和微细缺陷观察。对同一条件下制作的5块薄片进行观察，其结果表明基板良好，从AFM观察获得的基底·沟槽形状和沟槽深度来判断，转印性没有问题，并且，肉眼观察时也无表面异常(因转印异常造成的局部不匀等)。
并且，卤素灯观察的结果，基板也没有问题。
而且，转印后的有机高分子薄片双折射延迟为6nm，比薄片成形前稍稍降低。
第1比较例
在第1实施方式中不抽真空进行薄片成形。在此情况下，肉眼检查发现约40％的区内有转印不良区。与第1实施例相比，可以看出，为达到良好转印必须抽真空。
第2实施例
在第1实施例中，压机0处的抽真空时间定为1分，并且利用上述薄片成形机预先使PC薄膜与浸渍了聚乙氟乙烯(注册商标)的玻璃纤维织物相接触，对其一个面进行粗面化，使粗面化后的面与压模的信息面相接触，进行与第1实施例相同的成形、评价。在此情况下，尽管与第1实施例相比缩短了在压机0处抽真空的时间，但5块样品全部获得良好的评价结果。由此看出，对PC薄膜进行粗面化加工，能缩短成形周期，提高生产效率，而且能提高产品合格率。
而且，按照纵横1cm间隔测量了薄膜厚度分布，结果为，成形前平均值100.2μm，标准偏差1.0μm。并且，成形后，也对同样部位进行了测量，结果分别为100.5μm，1.2μm。由此可见，粗面化也是在成形后对厚度分布没有任何影响，保持厚度分布小的良好状态。
第3实施例
在第1实施例中，把不锈钢板作为局部有变形的不锈钢板，并在压机台和变形的不锈钢板之间，利用厚度1.2mm的硅橡胶进行同样的薄片成形(结构：硅橡胶/不锈钢板/单面粗面PC薄膜/印膜/不锈钢板)。并且，与第1实施例一样，对5块光盘基板进行了成形、评价。在此，全部基板对①～③的全部评价，获得了良好结果。即使多少有点变形，也能使硅橡胶发挥缓冲材料的作用，对PC薄膜、压模之间的整个面上产生均匀的力。
第4实施例
为取代第1实施例中采用的PC薄膜，采用了用熔融挤压法成形的300μm厚的聚碳酸酯树脂薄片。不过，该薄片的双折射延迟为31mm，所以，进行165℃20分的退火处理后再使用。通过该处理，双折射延迟为1.2nm。薄片成形条件与第1实施例1相同。在此情况下也同样地对5片进行评价。其结果，在①～③的全部评价，结果良好。薄片成形后的双折射延迟为1.1nm，几乎没有变化。
第2比较例
在第4实施例中不进行退火处理，进行了薄片成形。薄片成形后的双折射延迟为23nm。
电气特性评价
在第1、3、4实施例和第2比较例中获得的基板冲压成为内径15mm、外径120mm的圆盘状，在其沟槽面上，利用溅射法来形成作为无机薄膜的积层体的相变化记录膜结构，并且，在该无机薄膜的积层体上贴合1.2mm厚，内径15mm、外径120mm的聚碳酸酯树脂圆板，制成光盘。表1表示媒体构成。
表1、相变化型光记录基板的膜构成
  本发明的光盘基板   0.1mm～0.3mm
  ZnS·SiO2介质膜   50nm
  SiO2介质膜   50nm
  ZnS·SiO2介质膜   25nm
  GeSbTe相变化记录膜   17nm
  ZnS·SiO2介质膜   17nm
  AlCr金属反射膜   100nm
  紫外线硬化型树脂粘接层   约2μm
  聚碳酸酯板   1.2mm
采用溅射法的无机薄膜的积层体的制作方法如下。
介质膜采用ZnS-SiO2膜(ZnS∶SiO2＝80∶20mol(分子)的靶进行溅射而获得的膜)和SiO2膜。记录层是GeSbTe合金膜(Ge∶Sb∶Te＝2∶2∶5原子％)。反射层是AlCr合金膜(Al∶Cr＝97∶3原子％)。这些无机薄膜通过磁控管溅射而形成在透明基板上。使用的溅射装置是ANELVA corp公司制的在线溅射装置(ILC 3102型)，靶为8英寸直径，基板边进行自公转，边进行制膜。膜厚用溅射时间来调节。对介质膜厚进行调节，使照射410nm光时从膜面的反射率约为25％。而且，ZnS-SiO2膜的折射率(波长633nm值)为2.18；SiO2膜的折射率(波长633nm值)为1.53；使记录膜结晶化(初始化)后的反射率(波长410nm值)为7.2％。
对这些光盘的录放特征评价如下，使用的评价机是Pulsetec工业公司制的DDU-1000型评价机，根据基板(薄片)的厚度不同，在第1、3实施例(100μm厚度)中，采用激光波长400nm，NA＝0.85的激光头。采用了第4实施例(300μm厚)，激光波长402nm，NA＝0.65激光头。并且，为了检查绝对的性能和压模形状的转印一致性，把重放信号的光盘一周内的变动(重放信号包络变动)作为评价项目。
【评价条件】
在测量半径＝28mm(内周)和58mm(外周)条件下分割测量了基底和沟槽。
录放的线速度＝4.0m/秒
记录密度＝0.115μm/位(1-7RLL调制记录)
记录激光功率＝3.2mW(第1、3实施例)，4.5mW(第4实施例)
摸掉激光功率＝1.5mW(第1、3实施例)3.2mW(第4实施例)
放重激光功率＝0.4mW(第1、3实施例)0.5mW(第4实施例)
表2录放特性评价结果
Figure A0281887100141
【评价结果】
1-7调制的3T重放信号的CNR(dB)和重放信号振幅的一周内变动(％)示于表1。实施例的光盘媒体中，CNR值均能满足数字记录所必须的64dB。重放信号包络的变动率也为5％以下，结果良好。在第2比较例的光盘媒体中，CNR降低。尤其基底轨迹和沟槽轨迹的CNR值差较大，可以认为是双折射较大的影响。并且输出包络变动也较大。

Claims (8)

1、一种光记录基板的制造方法，其特征在于：将玻璃转移温度在120℃～190℃范围内，单路径的双折射延迟在+10nm～-10nm范围内，并且，厚度为0.35mm以下的有机高分子薄片，在减压下与具有凹凸和/或沟槽的压模的具有凹凸和/或沟槽的表面相接触，而且对其进行加热加压。
2、如权利要求1所进的制造方法，其特征在于：有机高分子薄片的至少与压模相接触的面进行粗面化。
3、如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：通过在压机台上对有机高分子薄片和压模进行压制来进行热压，这时有机高分子薄片和压机台之间和/或压模与压机台之间，插入缓冲材料。
4、一种光记录媒体的制造方法，其特征在于：在利用权利要求1-3中的任一项的方法而获得的光记录基板的压模的凹凸和/或沟槽进行转印的面上，形成反射膜和/或记录膜。
5、利用权利要求1-3中的任一方法而制造的光记录基板。
6、权利要求5所述的光记录基板是光盘。
7、利用权利要求4的方法制造的光记录媒体。
8、权利要求7所述的光记录媒体是光盘。
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