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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
optischen Speichermediums sowie ein entsprechendes optisches Speichermedium
selbst. Das optische Speichermedium ist dabei beispielsweise eine
CD-R, eine DVD-R oder eine DVR (BD; BD-R) eine Super High Density
Disc (SHD 100-200 GB) oder eine Ultra Density Optical Disc (UDO
40-120 GB).
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Das
optische Speichermedium kann aber insbesondere auch ein anderes
Laserauslesbares scheibenförmiges
Speichermedium sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere (aber nicht nur) anwendbar zur Herstellung von DVR-Discs
mit einer Speicherkapazität
von > 24 GB, welche
mit kurzwelligem Laserlicht gelesen werden können (Blue Ray Disc, BD).
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Herkömmliche
CD-Roms sind replizierte Discs zur Verwendung in den Bereichen Audio,
Video, Computer und interaktive Spiele. Sie besitzen eine Speicherkapazität von 650
Mb und werden üblicherweise
mit einem Infrarotlaser einer Wellenlänge von 780 nm und in einer
relativ schwach fokussierten Optik gelesen. Die Informationen werden
in Vertiefungen des Substratmaterials (pits) gespeichert, die in
einzelnen „Rillen" (groove) angeordnet
sind, deren Abstand (track-pitch) 1,6 um beträgt. Die Informationsschicht
(information layer) liegt nahe der Oberseite der CD-Rom, so dass
der Laser die Information durch eine ca. 1,2 mm dicke Polycarbonatschicht
hindurch liest.
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Bei
DVD-Roms mit einer Speicherkapazität von 4,7 GB (in einer einzelnen
informationstragenden Schicht) ist die Informationsschicht in der
Mitte zweier insgesamt 1,2 mm dicken Polycarbonatscheiben angeordnet.
Der Grund für
diese Anordnung ist in der Tatsache begründet, dass der Abstand der „Rillen" (track-pitch) bei
nur 0,74 μm
liegt, die Laser-Optik also stärker
fokussiert werden muss. Eine stärkere
Fokussierung gelingt jedoch nur, wenn die Polycarbonatschicht, durch
die der Laser die Informationen liest, nicht dicker als 0,6 mm ist,
da ansonsten Streuung, Doppelbrechung oder andere optische Phänomene die
Fokussierung des Lasers stören.
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DVD-Rs
mit einer Speicherkapazität
von 4,7 GB umfassen als Informationsschicht eine Farbstoffschicht.
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Optische
Speichermedien mit noch höherer
Speicherkapazität
(DVRs, 24 GB pro Informationsschicht) mit einem Rillenabstand von
nur 0,32 μm
verlangen eine noch stärkere
Fokussierung des Lasers. Eine informationstragende Schicht soll
hierbei durch eine cover layer (Schutzschicht; protection layer)
hindurchgelesen werden, die nicht dicker als 100 μm ist und
dabei möglichst
frei von Streuzentren oder optischen Phänomenen wie Doppelbrechung
sein muss.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere (aber nicht ausschließlich) DVRs
mit einem Farbstoffsystem („Dye") als Informationsschicht
sowie Verfahren zu deren Herstellung. Der Begriff „Farbstoff" bzw. „Farbstoffsystem" umfasst auch Materialien,
die im ultravioletten Bereich sensitiv sind und dem menschlichen Auge
farblos erscheinen. Einsetzbare Farbstoffsysteme („Dyes") müssen mit
Laserlicht zerstörbar
sein.
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Die
Herstellung von DVD-Rs (beschreibbaren DVDs) wird üblicherweise
wie folgt durchgeführt:
Zunächst wird
eine untere 0,6 mm dicke Polycarbonatscheibe im Spritzgussverfahren
erzeugt und dabei sogleich auf der Scheibenseite, welche später die
Information tragen soll, eine spiralförmige Groove-Struktur erzeugt.
Hierbei wird üblicherweise
das Verfahren der „injection
moulding" angewandt.
Die Tiefe der Groove liegt üblicherweise
im Bereich von 150 – 220
nm. Auf der Oberfläche
der Groove-Struktur wird im Anschluss üblicherweise eine Farbstofflösung mittels
Spincoating aufgetragen, die nach Verdampfen des Lösemittels
eine dünne
Farbstoffschicht hinterlässt.
Dieser Farbstoff dient als Informationsspeicher; er wird beim späteren Beschreiben
der Disc durch den Schreiblaser partiell zerstört und kann so Informationen
speichern.
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Auf
die Farbstoff-Oberfläche
wird anschließend
eine dünne
Metallschicht (in der Regel Silber) aufgetragen, üblicherweise
durch Sputtern. Diese Metallschicht dient dazu, das Laserlicht beim
Auslesen zu reflektieren. Der so erhaltene Schichtenverbund (Polycarbonatscheibe
+ Farbstoff-/Informationsschicht + Metallschicht) wird nun mit einer
weiteren ca. 0,6 mm dicken Polycarbonatscheibe verklebt, um die
nötige
mechanische Stabilität
zu erreichen. Hierzu wird mittels Spincoating ein Klebstoff aufgetragen
und eine weitere Polycarbonatscheibe darauf gesetzt. Der Klebstoff
kann dann beispielsweise durch UV-Licht vernetzt werden. Die so
erhaltene Disc wird wahlweise bedruckt oder auf der Rückseite
mit einem Etikett beklebt.
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Das
vorstehend beschriebene oder ähnliche
Verfahren lassen sich jedoch nicht ohne Weiteres auf die Herstellung
von beschreibbaren DVRs mit einer Schutzschicht (cover layer) von
nur 100 μm
Dicke übertragen, denn
das Spritzgießen
einer nur 100 μm
starken Polycarbonatscheibe, die Grooves mit einem Abstand von nur 0,32 μm trägt, ist
in der erforderlichen Präzision
schwierig, und die weitere Handhabung im Sinne des vorstehend für DVD-Rs
beschriebenen Verfahrens wird durch die mangelnde mechanische Stabilität einer
cover layer-Polycarbonatschreibe außerordentlich erschwert. Die beschriebenen
Probleme bei der Erstellung der cover layer würden im Übrigen bei Weiterentwicklungen
in Richtung auf cover layer einer nochmals verringerten Schichtdicke
noch verschärft
auftreten.
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Bereits
existierende Konzepte für
optische Speichermedien der 4. Generation gehen davon aus, dass die
Information nahezu direkt von der Oberfläche gelesen wird. In solchen
Fällen
scheidet ein Spritzgussverfahren zur Herstellung der Grooves in
einer, in diesem Fall extrem dünnen,
Cover-Layer von vornherein aus.
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An
eine cover layer mit einer Dicke von beispielsweise 100 μm oder weniger
werden insbesondere die folgenden Anforderungen gestellt: hohe Transparenz;
Kratzfestigkeit; Abriebfestigkeit auf der Außenfläche; geringe Doppelbrechung;
geringe Dickenschwankung, chemische Beständigkeit.
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Es
war die primäre
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
eines optischen Speichermediums anzugeben, bei dem vorzugsweise
Schutzschichten (cover layer) mit einer Dicke von 100 μm oder weniger
(bis hin zu einer Dicke von < 1 μm) erzeugt
bzw. eingesetzt werden, wobei diese Schutzschichten einzelne oder
sämtliche
der vorgenannten Eigenschaften erfüllen. Gemäß einem zweiten Aspekt war
es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung einer geprägten Schicht
(insbesondere einer Schutzschicht/cover layer mit Groove-Struktur) für optische
Speichermedien anzugeben. Gemäß einem
weiteren Aspekt war es zudem eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein neues optisches Speichermedium anzugeben, welches
gemäß dem anzugebenden
Verfahren herstellbar ist.
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Die
primär
gestellte Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Speichermediums
mit den folgenden Schritten:
- – Applizieren
einer Schicht eines transparenten Lacksystems auf einen temporären Träger,
- – Aushärten der
Lackschicht auf dem temporären
Träger,
- – Prägen der
Lackschicht auf ihrer von dem temporären Träger abgewandten Seite, mit
einem Prägewerkzeug
vor, während
oder nach dem Aushärten
der Lackschicht,
- – Trennen
des temporären
Trägers
von der zumindest teilgehärteten
Lackschicht.
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Hinsichtlich
des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die gestellte
Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zur Herstellung einer geprägten Schicht für optische
Speichermedien, das die vorstehend angegebenen Schritte umfasst.
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Vorteilhafterweise
wird dabei durch das Prägen
der Lackschicht auf ihrer von dem temporären Träger abgewandeten Seite eine
Groove-Struktur zur Führung
eines Laserstrahls ausgebildet. Je nach Dicke der zumindest teilgehärteten Lackschicht
(geprägten
Schicht) kann man dann von einer Schutzschicht (cover layer; protection
layer) oder einer Substratschicht (substrate layer) sprechen. Eine
cover layer besitzt – wie
bereits ausgeführt – üblicherweise
eine Dicke von 100 μm
oder weniger, und sie wird üblicherweise
bei DVRs (BDs) eingesetzt. Eine geprägte Substratschicht besitzt
beispielsweise eine Dicke von 600 μm und kann beispielsweise in
DVD-Rs eingesetzt werden.
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Im
Unterschied zu den bisherigen Herstellverfahren für (i) optische
Speichermedien bzw. (ii) geprägte Schichten
für solche
Speichermedien wird erfindungsgemäß ein temporärer Träger eingesetzt,
der ein zunächst
noch nicht ausgehärtetes
Lacksystem vorübergehend
trägt.
Das Lacksystem wird auf den temporären Träger appliziert und härtet auf
diesem aus. Vor, während
oder nach dem Aushärten
der Lackschicht wird diese mit einem Prägewerkzeug geprägt (z. B.
zum Ausbilden der Groove-Struktur, siehe oben). Im Anschluss an das
Prägen
oder nach Durchführung
weiterer Schritte werden der temporäre Träger und die zumindest teilgehärtete, geprägte Lackschicht
voneinander getrennt. Der temporäre
Träger
wird dann regelmäßig erneut
bei der Herstellung eines optischen Speichermediums eingesetzt.
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Vorzugsweise
ist der applizierte Lack strahlungshärtbar (vorzugsweise UV-härtbar) oder er umfasst strahlungshärtbare (vorzugsweise
UV-härtbare)
Komponenten. In den erfindungsgemäßen Verfahren wird dann vorzugsweise
durch Strahlung (vorzugsweise UV-Strahlung) vollständig oder
teilweise gehärtet.
Die Anwesenheit einer aushärtbaren
Komponente, die nicht UV-härtbar
ist, ist in manchen Fällen
vorteilhaft (Dual-Cure-Lacksystem).
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Bei
Einsatz eines strahlungshärtbaren
Lacks ist es vorteilhaft, ein erfindungsgemäßes Verfahren so zu gestalten,
dass (i) das Prägewerkzeug
für elektromagnetische
Strahlung, vorzugsweise UV-Strahlung, durchlässig ist und (ii) der applizierte
Lack während
des Prägevorganges
durch das Prägewerkzeug
hindurch bestrahlt wird, vorzugsweise mit UV-Strahlen, um seine
vollständige
oder teilweise Aushärtung
zu bewirken oder zu beschleunigen. Selbstverständlich ist es dabei vorteilhaft,
(i) den eingesetzten Lack, (ii) das eingesetzte, für elektromagnetische
Strahlung durchlässige
Prägewerkzeug
und (iii) die eingestrahlte Strahlung so aneinander anzupassen,
dass mit der eingestrahlten Strahlung eine gute Härtung des
Lacks erreicht werden kann und gleichzeitig das Prägewerkzeug
für die
eingestrahlte Strahlung eine nur geringe Absorption besitzt. Der
Fachmann kann anhand weniger Vorversuche aneinander angepasste Materialien
für den
Lack und das Prägewerkzeug
auswählen
und dann eine Strahlungsquelle wählen,
welche den Erfordernissen des Lacks (Aushärtbarkeit) und des Prägewerkzeugs
(Durchlässigkeit)
entspricht.
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Das
Prägewerkzeug
sollte aber nicht nur für
elektromagnetische Strahlung durchlässig (also transparent) sein,
sondern es gestattet vorzugsweise auch das formtreue Prägen von
Strukturen zumindest ab einer Struktur-Dimension von 100 nm, d.
h. das formtreue Prägen
räumlicher
Strukturen, deren Strukturmerkmale wie Tiefe und Abstand eine Ausdehnung
von minimal 100 nm besitzen. Der Fachmann wird insoweit insbesondere
auf übliche
Abformmassen und hierbei vorzugsweise auf Silikon-Abformmassen zurückgreifen,
wobei er vorzugsweise eine Abformmasse mit einer geeigneten Shore-Härte auswählen wird.
Die Shore-Härte einer ausgehärteten Abformmasse,
die als Prägewerkzeug
eingesetzt werden soll, ist insbesondere dann für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren
geeignet, wenn sie an die Härte
des zu prägenden
Lackes angepasst ist. Die Shore-Härte der Abformmasse ist dann
optimal, wenn einerseits die Härte
ausreicht, die zu prägenden
Strukturen in den Lack zu übertragen
und andererseits die Flexibilität
groß genug
ist, um das Werkzeug dem Produktionsprozess anzupassen. So ist z.
B. eine Durchbiegung des Prägewerkzeugs
in der Regel erforderlich, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.
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Wichtig
ist in diesem Zusammenhang auch die Einstellung einer geeigneten
Haftfestigkeit AP–L zwischen dem Prägewerkzeug
und der Lackschicht. Die Haftfestigkeit sollte so gewählt sein,
dass sich das Prägewerkzeug
rückstandsfrei
von der (ausgehärteten)
Lackschicht lösen
lässt.
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In
einem besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
eines optischen Speichermediums werden nach dem Prägen der
Lackschicht die folgenden zusätzlichen
Schritte durchgeführt:
- – Aufbringen
einer Informationsschicht mit einem mit Laserlicht zerstörbaren Informationssystem,
z. B. Farbstoffsystem, oder einem anderen Informationssystem auf
die geprägte
Seite der Lackschicht, und/oder
- – Aufbringen
einer Metallschicht zum Reflektieren von Laserlicht auf die von
der Lackschicht abgewandte Seite der Informationsschicht, und/oder
- – Aufbringen
oder Aufkleben einer Substratschicht auf die von der Informationsschicht
abgewandte Seite der Metallschicht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
also besonders vorteilhaft zur Herstellung von DVRs (BDs) herstellen,
die eine Informationsschicht mit einem Farbstoffsystem umfassen.
Ein solches Farbstoffsystem kann z. B. Phtalocyanine, Cyanine und/oder
Azofarbstoffe enthalten, wie sie üblicherweise in DVRs eingesetzt
werden.
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Alternativ
kann die Informationsschicht jedoch auch einen Film einer phasenwechselnden
Metalllegierung umfassen, wie sie in wiederbeschreibbaren optischen
Speichermedien eingesetzt wird.
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Die
Metallschicht kann beispielsweise Silber, Gold, Aluminium und/oder
Silizium enthalten. Aufgrund der sehr guten reflektierenden Eigenschaften
und des im Vergleich zu Gold niedrigen Preises ist die Verwendung
von Silber bzw. Silberlegierungen häufig bevorzugt. Die Metallschicht
kann durch Sputtern auf die Farbstoffschicht aufgebracht werden,
wozu das Ensemble aus temporärem
Träger,
Lack- und Informationsschicht in üblicher Weise in eine Sputter-Kammer
eingebracht werden kann. Durch Beschuss mit Argonionen auf ein Sputtertarget
des ausgewählten
Metalls werden dann dünne
und gleichmäßige Metallschichten
mit Dicken im Bereich von üblicherweise
100 – 150
nm auf der Informationsschicht erzeugt.
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Bei
der genannten aufzubringenden oder aufzuklebenden Substratschicht
handelt es sich vorzugsweise (so wie in den üblichen optischen Speichermedien)
um eine Polycarbonatscheibe, und die Substratschicht wird vorzugsweise
auf die von der Informationsschicht abgewandte Seite der Metallschicht
aufgeklebt, indem zunächst
eine Klebstoffschicht auf die von der Informationsschicht abgewandte
Seite der Metallschicht oder eine Seite der Substratschicht appliziert
und dann die Substratschicht so über
die Klebstoffschicht an die Metallschicht angedrückt wird, dass ein stabiler
Haftverbund entsteht.
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In
den vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. Verfahrensgestaltungen
werden zunächst
flüssige Materialien
auf den temporären
Träger
bzw. bereits bestehende Schichten des späteren optischen Speichermediums
bzw. Substratschichten appliziert. Dies geschieht vorzugsweise mittels
Spin-coating, andere Applikationsverfahren können aber alternativ eingesetzt
werden. Insbesondere bevorzugt ist es, (i) zum Herstellen der Lackschicht
auf dem temporären
Träger
das Lacksystem und/oder (ii) zum Herstellen der Informationsschicht
auf der geprägten
Seite der Lackschicht eine Lösung
oder Dispersion des photosensitiven Farbstoffsystems und/oder (iii)
zum Herstellen einer bzw. der Klebstoffschicht auf der von der Informationsschicht
abgewandten Seite der Metallschicht den Klebstoff mittels Spin-coating
zu applizieren.
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Der
temporäre
Träger,
welcher in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzt wird, kann in sich homogen sein und aus einem einzelnen
Material bestehen, beispielsweise aus einem Metall oder aus Kunststoff. Vorzugsweise
umfasst der temporäre
Träger
jedoch eine Trägerbasis
und eine darauf angeordnete Beschichtung, auf die das Lacksystem
dann appliziert wird. Bei dieser Beschichtung handelt es sich vorzugsweise
um eine plasmapolymere Beschichtung, vorteilhafterweise eine plasmapolymere
Beschichtung auf siliziumorganischer Basis. Als Precursor kann dann
HMDSO (Hexamethyl-disiliziumoxid) dienen, und es lässt sich
durch geeignete Gestaltung des plasmapolymeren Beschichtungsverfahrens
eine definierte Oberflächenenergie
und insbesondere eine definierte Haftfestigkeit einstellen. Geeignete
Beschichtungen sind z. B. in der WO 03/002269 (Fraunhofer-Gesellschaft)
offenbart.
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Selbstverständlich ist,
dass die Oberfläche
des Trägers
(also z. B. die Oberfläche
der zum Träger
gehörigen
vorzugsweise plasmapolymeren Beschichtung) extrem glatt und plan
sein sollte.
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In
den erfindungsgemäßen Verfahren
sind das Prägewerkzeug,
das Lacksystem und der temporäre Träger so ausgewählt, dass
für die
Haftfestigkeit AP–L zwischen dem Prägewerkzeug
und der Lackschicht und die Haftfestigkeit AL–T zwischen
der Lackschicht und dem Träger
gilt: AP–L < AL–T,
so dass das Prägewerkzeug von
der geprägten
Lackschicht getrennt werden kann, ohne dass hierdurch gleichzeitig
der Lack von dem Träger
getrennt wird.
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Die
Adhäsionseigenschaften
zwischen Prägewerkzeug
und Lacksystem einerseits und zwischen Lacksystem und temporären Träger andererseits
sind also so eingestellt, dass das Lacksystem (das Material, aus
dem die spätere
Schutzschicht besteht) auf dem temporären Träger haftet, wobei diese Haftung
größer ist als
die zwischen Prägewerkzeug
und gehärtetem
Lacksystem (Schutzschichtmaterial).
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Die
Bedingungen der erfindungsgemäßen Verfahren
und die eingesetzten Materialien werden vorzugsweise so eingestellt
bzw. ausgewählt,
dass zwischen den einzelnen Schichten des (fertigen) optischen Speichermediums
jeweils Haftkräfte
resultieren, die größer sind
als die Haftfestigkeit AL–T zwischen der (ausgehärteten)
Lackschicht und dem temporären
Träger,
so dass das fertige optische Speichermedium rückstandsfrei vom temporären Träger entfernt
werden kann.
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Es
wurde schon darauf hingewiesen, dass die (ausgehärtete) Schicht des transparenten
Lacksystems aus verschiedenen Teil-Schichten bestehen kann, die
unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Falls es gewünscht ist,
werden beim Applizieren der (Gesamt-)Schicht des transparenten Lacksystems
auf dem temporären
Träger
nacheinander zwei oder mehr (Teil-)Schichten appliziert, die sich
in ihren optischen, mechanischen und/oder chemischen Eigenschaften
unterscheiden. Beispielsweise kann als freie außenliegende (Teil-)Schicht
ein kratzfester Lack eingesetzt werden und/oder als (Teil-)Schicht,
in die die Groove-Struktur
eingeprägt
werden soll, ein Lack mit bestimmten optischen Eigenschaften, z.
B. einer Transparenz für
bestimmte Wellenlängen.
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Ein
erfindungsgemäßes optisches
Speichermedium umfasst eine Schicht eines transparenten, ausgehärteten Lacksystems
mit eingeprägter
Struktur, vorzugsweise eingeprägter
Groove-Struktur zur Führung
eines Laserstrahls, und ist nach einem der vorstehend diskutierten
erfindungsgemäßen Verfahren
herstellbar.
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Vorzugsweise
umfasst ein bevorzugtes erfindungsgemäßes optisches Speichermedium
zudem
- – eine
Informationsschicht mit einem mit Laserlicht zerstörbaren Informationssystem,
z. B. Farbstoffsystem oder einem anderen Informationssystem auf
der Seite der Lackschicht mit der eingeprägten Groovestruktur, wobei
die Informationsschicht auch die Groovestruktur teilweise oder vollständig ausfüllt, und/oder
- – eine
Metallschicht (metal layer) zum Reflektieren von Laserlicht auf
der von der Lackschicht abgewandten Seite der Informationsschicht,
und/oder
- – eine
Substratschicht (substrate layer) auf der von der Informationsschicht
abgewandten Seite der Metallschicht, und/oder
- – gegebenenfalls
eine Klebstoffschicht (adhesive layer) zwischen Metallschicht und
Substratschicht.
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Vorteilhafterweise
ist das erfindungsgemäße optische
Speichermedium eine CD-R,
eine DVD-R oder eine DVR (BD). Es kann sich aber auch um ein anderes
Laser-auslesbares scheibenförmiges
optisches Speichermedium handeln.
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen sowie
dem nachfolgenden Beispiel.
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Beispiel 1: Herstellung
einer einmal beschreibbaren DVR (Blu Ray Disc):
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1.1 Herstellen eines temporären Trägers:
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Eine
Polycarbonatscheibe mit einem Durchmesser von 12 cm wird vorzugsweise
im Niederdruckverfahren, ggf auch im Atmosphärendruck-Verfahren mit einer
plasmapolymeren Beschichtung auf siliziumorganischer Basis versehen.
Als Precursor dient im plasmapolymeren Niederdruck-Beschichtungsverfahren
HMDSO (Hexamethyl-di-siliziumoxid). Die Oberflächenenergie der erzeugten Beschichtung
beträgt
28mN/m. Weitere Angaben zu einer geeigneten plasmapolymeren Beschichtung
sind der WO 03/002269 (Fraunhofer-Gesellschaft) zu entnehmen.
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Die
Polycarbonatscheibe mit Durchmesser 12 cm stellt eine Trägerbasis
dar und bildet gemeinsam mit der auf ihr angeordneten plasmapolymeren
Beschichtung einen temporären
Träger,
der in den nachfolgenden Schritten bei der Herstellung des optischen
Speichermediums (einmal beschreibbare DVR) eingesetzt wird.
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1.2 Herstellung eines
Prägewerkzeugs:
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1.2.1 Auswahl des Materials
zur Herstellung des Prägewerkzeugs:
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Eingesetzt
wird eine Silikon-Abformmasse Elastosil® M
4648 der Firma Wacker. Diese Silikon-Abformmasse ist gießfähig und
härtet
im Wege der Polyaddition bereits bei Raumtemperatur. Komponente
A der Abformmasse Elastosil M 4648 ist ein Polydimethylsiloxan mit
funktionellen Gruppen, das Hilfsstoffe für die Additionsvernetzung umfasst.
Komponente B umfasst einen Platin-Katalysator zur Katalyse der Polymerisationsreaktion.
Die Komponenten A und B werden – wie
vom Hersteller vorgeschlagen – im
Verhältnis
10:1 eingesetzt.
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Die
eingesetzte Silikon-Abformmasse ermöglicht die formgetreue Reproduktion
von Strukturen im nanoskaligen Bereich, d. h. von Strukturen mit
einer Ausdehnung in einer Größenordnung
bis hinab zu ca. 100 nm.
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Die
eingesetzte Silikon-Abformmasse besitzt im ausgehärteten Zustand
eine niedrige Oberflächenenergie
und baut dadurch mit dem aushärtenden
Lack keine starken Adhäsionskräfte auf.
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Die
Shore A-Härte
des ausgehärteten
Materials ist 36. Diese Shore A-Härte ist für das erfindungsgemäße Verfahren
besonders geeignet, da sie (i) erlaubt, die für die Abformung benötigte Kraft
auf ein beschichtetes Substrat zu übertragen und dabei (ii) die
Reproduktion im nanoskaligen Bereich ermöglicht.
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Ausgehärtetes Elastosil
M4648 ist transparent und besitzt nur eine geringe Absorption im
Wellenlängenbereich
des in den weiteren Verfahrensschritten (zur Aushärtung der
geprägten
Lackschicht) eingesetzten UV-Lichtes. Angaben zum Transmissionsspektrum
des ausgehärteten
Materials Elastosil M 4648 sind der nachfolgenden Tabelle 1 zu entnehmen.
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1.2.2 Herstellung des
Prägewerkzeugs
mit Elastosil M 4648:
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Es
wird eine Positivform des in Folgeschritten in eine Lackschicht
einzuprägenden
Grooves bereitgestellt. Diese Positivform wird mit der Abformmasse
Elastosil M 4648 (s. 1.2.1) abgeformt und so ein Prägewerkzeug
hergestellt, welches eine Negativform des in Folgeschritten in eine
Lackschicht anzubringenden Grooves trägt.
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Das
Prägewerkzeug
(Prägestempel)
gibt die (Positiv-)Struktur des Grooves als Negativstruktur exakt wieder.
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1.3 Applizieren einer
UV-härtenden
Schicht eines transparenten Lacksystems mit einer Schichtdicke von
ca. 100 μm
auf die plasmapolymere Beschichtung des temporären Trägers:
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1.3.1 Auswahl des Lacksystems:
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Es
können
generell sowohl rein UV-härtende
Lacksysteme eingesetzt werden als auch Dual-Cure-Systeme, welche
neben der UV-Strahlungshärtung
weitere Härtungsmechanismen
aufweisen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird ein einkomponentiges Lacksystem eingesetzt, welches folgenden
Härtungsmechanismus
aufweist:
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UV-Härtung (radikalische Polymerisation)
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Einzelheiten
zur Rezeptur des eingesetzten Lacksystems sind der nachfolgenden
Tabelle 2 zu entnehmen.
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Die
Härtungsparameter
sind die Folgenden:
UV-Härtung:
Lichtstärke:
4 kW, Verfahrgeschwindigkeit unter der UV-Lampe = 1,4 m/min
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NCO-Vernetzung: Raumtemperatur
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1.3.2 Aufbringen des Lacksystems
auf die plasmapolymere Beschichtung:
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Das
UV-härtbare
Lacksystem aus 1.3.1 (welches gleichzeitig auch die Möglichkeit
einer Polyol-Isocyanat-Vernetzung beinhaltet) wird mittels Spin-Coating auf die plasmapolymere
Beschichtung des temporären Trägers appliziert,
so dass nach Verdunstung der Lösemittel
eine Schichtdicke von ca. 100 μm
resultiert.
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1.4 Prägen und Aushärten der
Lackschicht sowie Entfernen des Prägewerkzeugs:
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Das
Prägewerkzeug
mit der Groove-Negativstruktur wird in die frisch applizierte Schicht
nach Verdunstung der Lösemittel
des (noch nicht ausgehärteten)
Lacksystems eingedrückt.
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Durch
das transparente Material des Prägewerkzeugs
hindurch wird die Lackschicht auf dem temporären Träger mit UV-Licht bestrahlt,
wobei die oben angegebenen Härtungsparameter
zur UV-Härtung
eingehalten werden. Nach der Belichtung wird das Prägewerkzeug
sofort wieder entfernt. Die in den Lack eingeprägte Groove-Struktur verläuft nicht
wieder, da aufgrund der UV-Belichtung
bereits partiell ein Netzwerk ausgebildet ist.
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Aufgrund
der UV-Härtung
des Lacksystems ist die Haftfestigkeit AP–L zwischen
dem Prägewerkzeug und
der (ausgehärteten)
Lackschicht sehr gering; das Prägewerkzeug
(Prägestempel)
lässt sich
durch einfaches Abziehen von der geprägten, ausgehärteten Lackschicht
entfernen. Die UV-gehärtete
Lackschicht mit eingeprägtem
Groove verbleibt (zunächst)
auf dem temporären
Träger.
Das Prägewerkzeug
kann erneut verwendet werden.
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1.5 Aufbringen einer Farbstoffschicht
(als Informationsschicht) auf die geprägte Seite der Lackschicht:
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Eine
1 %-ige Lösung
eines Farbstoffs auf Basis von Dye 41 (Interaxia AG) in Tetrafluoropropanol
(TFP) wird mittels Spin-Coating auf die Seite der Lackschicht mit
der eingeprägten
Groove-Struktur aufgebracht. Hierzu wird die Lösung mit einer Spritze auf
das in Rotation versetzte Ensemble aus temporärem Träger und Lackschicht aufgetragen
und mittels eines abgestimmten Spin-Programms gleichmäßig verteilt
und dann durch Erhöhung
der Drehzahlen getrocknet. Die Ränder
der Lackschicht werden im Anschluss mit einem Lösungsmittel gereinigt.
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1.6 Auftragen einer Metallschicht
zum Reflektieren von Laserlicht:
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Auf
die von der Lackschicht abgewandte Seite der Schicht des photosensitiven
Farbstoffsystems (als Informationsschicht) wird durch Sputtern eine
Metallschicht appliziert, die zum Reflektieren von Laserlicht geeignet
ist. Als Reflektions-Metall wird Silber oder eine Silberlegierung
eingesetzt.
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Beim
Sputtern wird ein sogenanntes Sputter-Target aus Silber oder der
Silberlegierung im Vakuum mit Argon beschossen, sodass eine dünne und
gleichmäßige Metallschicht
(einer Dicke von ca. 100 – 150
nm) auf der Farbstoff-Schicht
entsteht.
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1.7 Auftragen einer UV-härtbaren
Klebstoffschicht durch Spin-Coating
und Verkleben mit einer 1,1 mm starken Polycarbonatscheibe
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Auf
die Metall-Reflektionsschicht wird mittels Spin-Coating eine UV-härtbare Klebstoffschicht
aufgetragen und auf diese Klebstoffschicht eine Polycarbonatscheibe
mit einer Dicke von ca. 1,1 mm aufgedrückt. Die Klebstoffschicht wird
dann ausgehärtet,
so dass die Polycarbonatscheibe mit dem Ensemble aus Lackschicht, Informationsschicht
(Farbstoffschicht) und Metall-Reflektionsschicht verklebt ist.
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1.8 Trennen der entstandenen
Disc vom temporären
Träger:
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Die
hergestellte Disc, umfassend Lackschicht (mit Groove-Struktur),
Informationsschicht (Farbstoffschicht), Metallschicht (zum Reflektieren
von Laserlicht) und Polycarbonatscheibe (über Klebstoffschicht mit Metallschicht
verbunden) wird vom temporären
Träger
getrennt. In den vorausgegangenen Verfahrensschritten wurden die
Verfahrensbedingungen und die eingesetzten Materialien so eingestellt
bzw. ausgewählt,
dass zwischen den einzelnen Schichten der Disc (des optischen Speichermediums)
jeweils Haftkräfte
resultieren, die größer sind
als die Haftfestigkeit AL–T zwischen der Lackschicht
und dem temporären
Träger,
so dass die fertige Disc rückstandsfrei
vom temporären
Träger
entfernt werden kann. Die komplett aufgebaute Disc (optisches Speichermedium)
kann bereits durch sanftes Abheben vom temporären Träger getrennt werden. Der temporäre Träger wird
anschließend
erneut verwendet.
