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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht
auf einer Disk. Insbesondere umfasst die Erfindung die Ausbildung
einer Deckschicht auf einer Disk, welche den hohen Anforderungen
an die Genauigkeit von Disks der neuen Generation genügen muss.
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Seit
der Entwicklung der Compactdisk (CD) in den frühen 80iger Jahren schreitet
die Entwicklung hin zu Disks mit großer Kapazität und besserer Qualität und zugeordneten
Anwendungen kontinuierlich fort. Bspw. kamen sogenannte "Digital Versatile
Disc" (DVD) mit
hoher Kapazität
1997 an die Öffentlichkeit, wobei
die Kapazität
von hunderten Megabytes (MB) auf Gigabytes (GB) zunahm. Ein Beispiel
hierfür
ist eine einseitige und einlagige DVD 5, (4,7 GB) und eine doppelseitige,
Doppelschicht DVD 18 mit einer Kapazität von 18 GB. Trotzdem wird
diese Verbesserung der Kapazität
als noch nicht adäquat
für die
Darstellung und Aufzeichnung digitaler Rundfunkübertragung und TV mit hoher
Dichte (HD-TV) angesehen. Im Ergebnis werden gegenwärtig DVDs
mit hoher Dichte (HD-DVD) mit einer größeren Kapazität intensiv
entwickelt.
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Allgemein
kann das Verfahren zum Erhöhen der
Speicherkapazität
von Disks entweder unter Verwendung von einer Laserquelle erreicht
werden, welche eine kürzere
Wellenlänge
aufweist, oder durch Erhöhen
der numerischen Apertur (NA) der Objektivlinse. Gegenwärtig werden
bei der HD-DVD die vorstehenden Verfahren eingesetzt, um die Kapazität von Disks
zu erhöhen.
Für eine
HD-DVD wird im Vergleich zur DVD ein blauer Laser mit einer Wellenlänge von
405 nm (650 nm für
DVD) eingesetzt, und die numerische Apertur wird auf 0,85 (0,6 für DVD) vergrößert. Hierdurch
kann die Speicherkapazität
von Disks auf 25 GB und sogar auf 50 GB erhöht werden. Dies entspricht
der Anforderung der Aufzeichnungskapazität für ein 133minütiges Fernsehprogramm
hoher Auflösung.
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Diese
neu erzeugte Art von Disks, wie bspw. die HD-DVD-Disk, akzeptiert eine relativ hohe NA, wodurch
eine erhöhte
Speicherdichte ermöglicht wird.
Jedoch bewirkt dies auch gegenläufige
Bildaberration, wie bspw. zunehmende sphärische Aberration, Coma und
Astigmatismus. Zusätzlich
muss die Dicke der Deckschicht, verringert werden, um den höheren NA-Wert
zu kompensieren. Beispielhaft wird unter Bezugnahme eine DVR-Disk 10,
welche entwickelt wird, in 1 eine
Basisstruktur gezeigt, wobei 11 das Substrat darstellt, 12 die Struktur
der Aufzeichnungsschicht und 13 eine Deckschicht, wobei die Dicke
der Deckschicht 13 von 0,6 mm (für DVD) auf nur 0,1 mm eingestellt
wird. Darüber
hinaus muss die Bearbeitungsgenauigkeit für die Oberfläche der Deckschicht
ebenfalls aufgrund der Bildaberration erhöht werden, da ansonsten eine
winzige Dickendifferenz eine Bildaberration und eine Störung hervorrufen
kann.
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Bei
einer herkömmlichen
Deck-Schutzschicht für
CD-Disks wird Lack eingesetzt, wobei die Lack-Schutzschicht unterhalb
der Druckschicht der Disk liegt. Dieser Lack wird hauptsächlich durch
Spin Coating (Aufschleuderverfahren) auf CDs aufgebracht (wobei
auch Fluorstreichen oder Klebeverfahren eingesetzt werden können). Dann
wird der Lack schnell unter ultraviolettem Licht (UV-Licht) gehärtet. Die
gehärtete
Oberfläche
ist eine fertige Schutzschicht mit hoher Härte. Da verschiedene Zusammensetzungen
des Lackes, unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeiten hervorrufen,
härten
einige Lacke sofort aus, und andere verlieren ihre Flüssigkeit und
Plastizität
langsam, wobei sie graduell aushärten.
Diese Zeitperiode vor dem Härten
kann einige Stunden oder sogar länger
betragen, in Abhängigkeit von
verschiedenen Anwendungen.
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Wie
vorstehend erwähnt,
besteht eine spezifische Dickenanforderung für die Deckschicht (0,1mm) für die neue
Generation an Disks. Wenn die Deckschicht durch Spin Coating ausgebildet
wird, führt
die aktuelle Beschichtung aufgrund der Viskosität, Verteilung der Fluidität, intrinsischer
Merkmale und Härtezeit
des Lackes zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung.
Das Ergebnis des Spin Coatens ist in 2 gezeigt,
wo zwei Enden 211 und 212 der ungehärteten Deckschicht 21 aufgrund
der Oberflächenspannung
eine Eindickung aufweisen. In mikroskopischen Maßstab zeigt die Oberfläche der
Deckschicht zusätzlich
auch eine unebene Oberfläche (siehe 5). Mit einer nicht ebenen
Oberfläche
und einer uneinheitlichen Dicke wird die Fehlerrate beim Datenauslesen
erhöht.
Aus experimentellen Ergebnissen wird geschlossen, dass es schwierig
ist, die Dickenvariation der Deckschicht in einem akzeptablem Bereich
von ±3%
(d. h. 0,1 + 0,003mm) zu kontrollieren. Bei der tatsächlichen
Produktion zeigt fast jede Disk unterschiedliche Oberflächenverteilungsmerkmale,
weswegen die Ausbeute von Disks ernsthaft, gefährdet ist, und die Herstellungskosten
steigen.
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In
der
EP 0 424 986 81 ist
ein Verfahren zum Herstellen einer flexiblen optischen Disk angegeben, die
aus einer Stützschicht,
einer Harzschicht und einer über
der Harzschicht liegenden Reflexionsschicht aufgebaut ist. Gemäß der dort
offenbarten Lehre kann die so aufgebaute flexible optische Disk zu
einer steifen optischen Disk weiterverarbeitet werden, indem eine
Basisplatte mit einer Dicke von etwa 1,2 mm auf die Reflexionsschicht
aufgebracht wird. In diesem Fall kann anschließend die Stützschicht entfernt werden,
da ihre Funktion nicht mehr benötigt wird.
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In
der
US 4 312 823 A ist
ein Verfahren zum Herstellen eines Aufzeichnungsträgers aus
Kunststoff beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Beschichtung
des Aufzeichnungsträgers
mittels einer Gussform ausgeführt.
Hierzu wird zunächst
ein Gießharz,
welches später
die transparente Schutzschicht bilden soll, auf eine Gussform aufgebracht.
Anschließend
wird das Substrat auf die Oberseite der Gießform aufgelegt, wobei zunächst ein
Abstand zwischen dem Substrat und der Gussform besteht. Anschließend wird
durch Anlegen eines Vakuums innerhalb der Gussform das Substrat
gegen das Gießharz gepresst
und letzteres durch Bestrahlung mit UV-Licht ausgehärtet. Dabei
erfolgt die Bestrahlung durch die Seite des Substrats hindurch.
Anschließend
wird das Substrat mit der nunmehr daran befestigten Gießharzschicht
aus der Gussform entnommen.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung eines optischen Aufzeichnungsmediums
ist in der
US 4 477 328
A beschrieben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Um
die obigen Probleme zu lösen,
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein stabileres Verfahren zum Ausbilden
einer Deckschicht auf einer Disk anzugeben, wodurch eine Deckschicht
mit einer ebenen und glatten Oberfläche erhalten wird, die den
Genauigkeitsanforderungen für
das Auslesen und Aufzeichnen auf Disks erfüllt.
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Um
die obigen Aufgaben zu lösen,
wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Deckschicht auf einer Disk
angegeben. Auf einen Beschichtungsschritt, bei dem eine ungehärtete Deck schicht
auf die Oberfläche
der Disk aufgebracht wird, wobei die durchschnittliche Dicke der
Deckschicht dem Erfordernis einer vorgegebenen Laminierungsdicke
entspricht, folgt ein Laminierungsschritt, bei dem eine transparente
Deckplatte aus einem amorphen Olefinpolymer auf die noch nicht abgesetzte
Deckschicht laminiert wird, so dass die Dicke der Deckschicht bei
einer vorgegebenen Dicke gehalten wird, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.
Nach einem Beleuchtungsschritt, bei dem eine Lichtquelle auf die
Deckschicht gerichtet wird, um die Deckschicht zu verfestigen und
auszuhärten
folgt dann ein Endschritt des Abziehens, bei dem die Deckplatte
von der ausgehärteten
Deckschicht abgezogen wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren zum Ausbilden
einer Deckschicht auf einer Disk das Ausbilden einer ungehärteten Deckschicht
auf der Oberfläche
der Aufzeichnungsschicht einer Disk, so dass die durchschnittliche
Dicke der ungehärteten
Deckschicht das Erfordernis einer vorgegebenen Dicke für die Laminierung erfüllt, das
Laminieren einer transparenten Deckplatte aus amorphem Olefinpolymer
auf die ungehärtete Deckschicht,
so dass eine vorgegebene Dicke zwischen der transparenten Deckplatte
und der Disk aufrecht erhalten wird, Unterziehen der Deckplatte
und der Disk einer UV-Bestrahlung, um die Deckschicht auszuhärten und
Abziehen der Deckplatte von der ausgehärteten Deckschicht.
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Die
Erfindung wird deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung
sowie den beigefügten
Zeichnungen verständlich,
die nur erläuternden
Zwecken dienen und nicht als Begrenzug anzusehen sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
die Basisstruktur einer HD-DVD-Disk.
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2 veranschaulicht
das aktuelle Beschichtungsergebnis der Deckschicht.
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3 veranschaulicht
die Deckschicht nach dem erfindungsgemäßen Beschichten.
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4 veranschaulicht
die Deckplatte, wie sie erfindungsgemäß gegen die Deckschicht gedrückt wird.
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5 veranschaulicht
mikroskopisch die Oberfläche
der Deckschicht, wenn sie gemäß der Erfindung
einem Druck ausgesetzt wird.
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6 veranschaulicht
das Abziehen der Deckplatte von der Deckschicht gemäß der Erfindung.
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7a veranschaulicht
die untere Oberfläche
der Deckplatte gemäß der Erfindung.
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7b veranschaulicht
ein Exemplar der unteren Oberfläche
der Deckplatte gemäß der Erfindung.
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7c veranschaulicht
ein anderes Beispiel der unteren Oberfläche der Deckplatte gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
wird Bezug auf die 3, 4 und 5 genommen,
welche die Ausbildung der Deckschicht gemäß der Erfindung veranschaulichen.
Eine Deckschicht (bspw. ungehärteter
Lack) wird gleichmäßig durch
Spin Coating oder jedes andere geeignete Verfahren auf der Aufzeichnungsschicht
auf dem Substrat 11 einer HD-DVD-Disk ausgebildet. Diese
Deckschicht ist zumeist flüssig
und verfestigt sich nicht vor dem Aushärten. Bspw. verfestigt sich eine
ungehärtete
Deckschicht 31 nur dann, wenn sie ultraviolettem Licht
(UV-Licht) ausgesetzt wird. Die durchschnittliche Dicke der ungehärteten Deckschicht 31 muss
groß genug
sein, um die erforderliche vorgegebene Dicke nach dem Aushärten (oder nach
dem Pressen) zu erfüllen.
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Allgemein
muss die ungehärtete
Deckschicht größer sein
als die vorgegebene Laminierungsdicke (Pressdicke), bspw. 0,1 mm.
Es kann einige Ausnahmen geben, wie z. B. den Fall, wenn eine Substanz,
die nach der Reaktion anschwillt, verwendet wird, wobei die vorgegebene
Dicke der Deckschicht relativ dünner
sein kann. Dann wird eine Deckplatte 41 eingesetzt, um
gegen die ungehärtete Deckschicht 31 gepresst
zu werden, wodurch die vorgegebene Dicke aufrechterhalten wird,
wie in 4 gezeigt. Hierdurch wird die ungehärtete Deckschicht 31 zwischen
der Deckplatte 41 und dem Substrat 11 gepresst,
wodurch sich die erhobene Oberfläche 311 in
Richtung des Pfeiles (5) bewegt, und der Vertiefungsabschnitt 314 steigt
gleichzeitig in Richtung des Pfeiles an. Auf ähnliche Weise werden unebene Oberflächen, wie
bspw. Grate 312, 313 und Vertiefungsabschnitte 315, 316 durch
die untere Oberfläche 411 der
Deckplatte 41 zusammengedrückt, um eine glatte und ebene
Oberfläche
zu bilden. Auf diese Weise kann die Oberfläche der Deckschicht das Erfordernis
der Planarität
der Deckschicht erfüllen.
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Da
die ungehärtete
Deckschicht ein durch UV-Licht härtbarer
kationischer Lack oder ein Lack mit freien Radikalen sein kann,
härtet
er nach Strahlung mit UV-Licht aus. Jedoch besteht im Zusammenhang
mit kationischem Lack die Schwierigkeit im Zusammenhang mit dem
Aushärtungsschritt
darin, die Deckplatte 41 schnell auf die Deckschicht 31 zu
drücken,
bevor die ungehärtete
Deckschicht aushärtet, wodurch
eine flache und glatte Oberfläche
im mikroskopischen Maßstab
repariert und aufrecht erhalten wird (die Toleranz für die Variation
der Dicke der Deckschicht beträgt ±3 %).
Dies kann nur durch geeignetes Zusammenwirken zwischen den Reaktanten
in der Deckschicht und der Aushärtungszeit
erreicht werden, und es müssen
eine geeignete UV-Bestrahlung und Deckzeit eingesetzt werden.
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Ein
anderer Weg zum Erreichen der obigen Ergebnisse besteht darin, eine
Deckplatte 41 mit guter Transparenz zu verwenden. Aufgrund
der Notwenigkeit, die Lackschicht auszuhärten, ist es sehr wichtig,
dass die Deckplatte transparent ist. Da die meisten verwendeten
Lacke UV-aushärtbar
sind, muss das UV-Licht durch die Deckplatte treten und die Lackschicht
erreichen, um den Lack auszuhärten. Wenn
die Deckplatte UV-Licht absorbiert oder streut, kann das Aushärten nicht
vollständig
erfolgen, was nachteilige Effekte auf die Qualität der HD-DVD-Disks hat. Im
Fall, dass die Deckplatte eine gute Transparenz aufweist, wird der
Aushärtungsprozess
nicht stark durch die Deckzeit beschränkt. Die Verfestigungs- und
Aushärtungseffekte
können
dann erreicht werden, indem UV-Licht durch die Deckplatte auf die
Deckschicht gestrahlt wird.
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Ein
anderes Problem in Bezug auf die Deckplatte ist das Abziehen derselben,
nachdem die Deckschicht ausgehärtet
ist. Die Haftung zwischen der Deckplatte und dem Lack nach dem Aushärten macht
das Abziehen sehr schwer, da die Loslösung gegebenenfalls nicht am Übergang
zwischen der Deckplatte und der ausgehärteten Lackschicht erfolgt,
sondern entweder am Übergang,
zwischen der gehärteten
Lackschicht und der Aufzeichnungsschicht 12 oder zwischen
der Aufzeichnungsschicht und dem Substrat. Es ist wesentlich, eine
Ablösung an
anderen Übergängen als
zwischen der Deckplatte und der gehärtete Lackschicht zu vermeiden.
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Um
ein korrektes Ablösen
zu gewährleisten, ist
es notwendig, die Haftstärke
an diesem Übergang niedriger
zu machen als an anderen Übergängen. Dies
wird durch Auswahl eines Materials erreicht, das eine niedrige Oberflächenspannung
aufweist.
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Aus
der obigen Diskussion ist es klar, dass das Erfordernis des Materials
für die
Deckplatte Transparenz und niedrige Oberflächenspannung einschließt. Amorphes
Olefinpolymer ist ein sehr geeignetes Material für diesen Zweck aufgrund seiner
hohen Transparenz und seiner niedrigen Oberflächenspannung. Auch kann amorphes
Olefinpolymer durch Spritzguss leicht zu einer Deckplatte mit sehr flacher
Oberfläche
ausgebildet werden.
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Experimentelle
Ergebnisse zeigen, dass eine Disk aus amorphem Olefinpolymer mit
einem Durchmesser von 12 cm und einer Dicke von 0,6 mm leicht von
der gehärteten
Lackschicht einer HD-DVD-Disk entfernt werden kann. Das Abziehen erfolgt
von Hand, und eine sehr glatte und einheitliche Deckschicht wird
erreicht. In der Herstellung kann ein Prozess ähnlich der Herstellung einer
gehärteten
DVD-14 und DVD-18 eingesetzt werden. Bei der Herstellung von DVD-14
und DVD-18 muss eine PMMA-Disk von der Aluminiumreflexionsschicht der
Halbdisk entfernt werden. Dieses Entfernen der PMMA-Disk von der
Reflexionsschicht ist der Entfernung der Deckplatte von der gehärteten Lackschicht (Deckschicht)
gemäß dieser
Erfindung sehr ähnlich. Deshalb
ist die Implementierung dieser Erfindung gut anwendbar.
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Gemäß den experimentellen
Ergebnissen kann, wenn amporphes Olefinpolymer als Basis der Deckplatte 41 verwendet
wird, oder zumindest als die untere Oberfläche der Deckplatte, die direkt
mit der ungehärteten
Deckschicht 31 in Verbindung gelangt, die Deckplatte 41 leicht
von der Deckschicht 31 abgelöst werden, und zwar aufgrund
der chemischen Struktur des Polyolefins. Dies ermöglicht eine
leichte Ablösung
der Deckplatte von der Deckschicht. Zusätzlich ist amorphes Olefinpolymer
von Natur aus transparent, absorbiert kein UV-Licht und weist Festigkeit
auf.
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Wie
in 6 gezeigt ist, zeigen die Ergebnisse, dass die
Deckplatte 61 aus amorphem Olefinpolymer gute Abflachungseffekte
erzielt, wobei eine Toleranz für
die Variation der Deckschichtdicke innerhalb ± 2% oder weniger für die Oberfläche 621 der Deckschicht 62 erreicht
wird. Bessere Arbeitsbedingungen führen sogar zu einer geringeren
Toleranz, und es wird eine extrem flache Oberfläche erreicht. Amorphes Olefinpolymer,
das eine gute Festigkeit und eine relativ niedrige Oberflächenspannung
aufweist, ermöglicht
ein leichtes Ablösen
der Deckplatte von allen Arten ungehärteter Deckschichten.
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Vorteile
des Verwendens amorphen Olefinpolymers umfassen hohe Plastizität, niedrige
Kosten und die Herstellung einer reinen flachen Oberfläche durch
Spritzguss. Zusätzlich
sind auch seine Eigenschaften bezüglich der mechanischen Bearbeitbarkeit
und seines thermischen Verhaltens vorteilhaft, wobei verschiedene
Verfahren eingesetzt werden können,
um eine spezifische Oberfläche
herzustellen, welche die erforderlichen Eigenschaften aufweist.
Bspw. ist es möglich,
Niedertemperaturpolieren, Schneiden von Scheiben oder thermisches Schmelzen
einzusetzten, um die erforderliche Deckplatte herzustellen, wodurch
die zugehörigen
Herstellungskosten effektiv verringert werden.
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Eine
vollständig
flache Oberfläche
wird nach dem Ablösen
der Deckplatte 41 von der gehärteten (oder verfestigten)
Deckschicht erhalten. Auch ist die Dicke der Deckschicht exakt gleich
der vorgegebenen Dicke, was die Genauigkeit der Bearbeitung der Oberfläche der
Deckschicht verbessert. Durch die gleichmäßige Dicke der Deckschicht
vom Zentrum bis zum Außenbereich
der Disk wird ein identisches Auslesen/Beschreiben der Daten erreicht.
Fehler werden auf dem niedrigsten Niveau gehalten, wobei die Ausbeute
an Disks stark verbessert wird, und die Qualität wird auf dem höchsten Niveau
gehalten.
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Wie
zuvor beschrieben kann, da die ungehärtete Deckschicht 31,
bevor sie UV-Licht ausgesetzt wird, flüssig ist, ein verfeinertes
Verfahren erreicht werden, indem die Deckplatte 71 und
die ungehärtete
Deckschicht 31 unter Vakuumbedingungen laminiert werden,
wodurch die Möglichkeit
des Lufteinschlusses zwischen der Deckplatte und der Deckschicht
weiter verringert wird. Ein anderes Verfahren besteht darin, eine
Deckplatte 71 herzustellen, die eine untere Oberfläche 711 aufweist,
wie in 7b gezeigt, wobei der Zentrumsabschnitt
der Deckplatte sich unterhalb seiner umfangsseitigen Kante erstreckt,
oder die untere Oberfläche
kann, wie in 7c gezeigt, gewölbt sein.
Mit den beschriebenen unteren Oberflächen wird die Oberfläche der
Deckschicht abgeflacht, und Luft wird vom Zentrum der Scheibe nach
außen
zum Umfang der Scheibe gedrückt,
wodurch vermieden wird, dass Luft zwischen der Deckplatte und der
Deckschicht verbleibt. Mit Deckplatten, welche die beschriebenen
unteren Oberflächen
aufweisen, müssen
der Winkel und der Radius vom inneren Ring zum äußeren Ring der Disk innerhalb
der Toleranz der Lese-/Schreibungenauigkeit gehalten werden.
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Die
Erfindung schafft eine stabilere Ausbildung von Deckschichten auf
Disks, was bei der Herstellung einer neueren Generation von Disks
höherer Kapazität hilft.
Zusätzlich
zeigt das verwendete amorphe Olefinpolymer Transparenz, Plastizität und niedriger
Adhäsion,
wodurch die Prozessanforderungen an die Deckschicht erfüllt werden.
Es kann unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden, wenn
verschiedene Deckschichten verwendet werden. Die Ausbeute der Diskherstellung
wird vergrößert und
die Produktionskosten. werden effektiv verringert. Als Ergebnis
stellt die angegebene Erfindung ein vielversprechendes Verfahren
dar, das bei Diskprozessen sehr effektiv ist.