DE19744162A1 - Optisches Speichermedium - Google Patents

Optisches Speichermedium

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DE19744162A1
DE19744162A1 DE19744162A DE19744162A DE19744162A1 DE 19744162 A1 DE19744162 A1 DE 19744162A1 DE 19744162 A DE19744162 A DE 19744162A DE 19744162 A DE19744162 A DE 19744162A DE 19744162 A1 DE19744162 A1 DE 19744162A1
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Hartmut Dipl Chem Dr Loewer
Raimund Dipl Ing Zimmermann
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Description

Die Erfindung betrifft ein beschreibbares, optisches Speichermedium, insbesondere in Form einer ein- oder mehrfach beschreibbaren Compact Disk (CD) mit einer spezifischen Trägerschicht.
Übliche beschreibbare, optische Speichermedien, insbesondere CD-Rs, bei denen die Datenaufzeichnung und Ablesung mit Hilfe von Laserlicht erfolgt, sind aufgebaut aus einem transparenten Träger, einer Aufzeichnungsschicht aus einem Metall wie z. B. Te, Bi oder Mn oder einem Farbstoff wie z. B. einem Cyanin-, Merocyanin-, Phthalocyanin-, oder Azo-Farbstoff, einer metallischen Reflexionsschicht sowie gegebenenfalls einer Schutzschicht. Die Datenaufzeichnung erfolgt durch Bestrahlen mit Laserlicht durch den transparenten Träger. Dadurch wird die Aufzeichnungsschicht an den bestrahlten Punkten deformiert, sublimiert, verdampft oder modifiziert, so daß sich gegebenenfalls Vertiefungen bilden. Häufig bildet sich auch ein freier Raum zwischen der Aufzeichnungsschicht und der benachbarten Schicht. Auf der beschreibbaren Schicht ist üblicherweise eine reflektierende Metallschicht aus Au, Ag, Al oder Cu und wiederum darauf eine Schutzschicht aufgebracht. Die Ablesung erfolgt durch Bestrahlen mit einem Laserlicht geringerer Energie ebenfalls durch den transparenten Träger. Der Kontrast zwischen dem von den Vertiefungen reflektierten Licht und dem von den übrigen Partien des Speichermediums reflektierten Licht wird als elektrisches Signal abgelesen.
Übliche nicht beschreibbare CDs (ROM-Typ, read-only-memory) weisen keine, vorstehend aufgeführte beschreibbare Schicht auf, sondern nur den wiederzugebenden Daten entsprechende Vertiefungen, die bereits auf dem Träger ausgebildet sind, z. B. durch Preßformen. Davon abgesehen ist der Aufbau relativ ähnlich.
Für eine genauere Erläuterung s. A. B. Marchant, Optical Recording (1990).
Ein Problem bei bekannten CD-Rs stellt die relativ hohe Empfindlichkeit der Aufzeichnungsschicht dar. Wärmeeinwirkung und Einwirkung von Strahlung können dazu führen, daß sich die Aufzeichnungsschicht verändert und die CD-Rs nicht mehr beschreibbar und/oder nicht mehr lesbar sind. So geben einige Hersteller die Empfehlung, CD-Rs nicht dem direkten Sonnenlicht auszusetzen. Gerätehersteller raten, CD-Rs nicht in DVD-Spielern abzuspielen, da befürchtet wird, daß die kürzere Wellenlänge des im DVD-Spieler verwendeten Lasers die CD-Rs schädigen könnte. Die gespeicherten Informationen sind dann nur noch fehlerhaft ablesbar, was mit Hilfe von elektronischen Testgeräten gemessen werden und u. a. als Block-Error-Rate angegeben wird.
Die Block-Error-Rate gibt summarisch die Gesamtzahl fehlerhafter Informationsblöcke an und soll möglichst klein sein. Überschreitet die Block-Error-Rate den Wert 220, ist der Datenträger nicht spezifikationsgerecht. Die Block-Error-Rate wird mit einem CD- Testspieler ermittelt. Für nähere Angaben s. W. Schild "Fehler vom Player, Fehler von der Platte", aus Funkschau 23/1988. Es ist auch möglich, daß die CD-R so stark verändert sind, daß sie überhaupt nicht mehr gelesen oder beschrieben werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beschreibbare optische Speichermedien und insbesondere beschreibbare CDs bereitzustellen, die eine verbesserte Stabilität und damit Lebensdauer besitzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein beschreibbares optisches Speichermedium zur Verfügung gestellt wird, das eine Schutzschicht, eine oder mehrere beschreibbare Schichten, gegebenenfalls eine lichtreflektierende Schicht und mindestens eine Trägerschicht umfaßt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Trägerschicht mindestens einen Farbstoff enthält, so daß sie bei der zum Beschreiben und/oder Ablesen verwendeten Wellenlänge des Lasers eine Transmission von mindestens 70% aufweist und bei allen anderen Wellenlängen des sichtbaren Lichts, die mindestens 100 nm kürzer sind als die Wellenlänge des Laserlichts eine Absorption von mindestens 70 % aufweist.
Bevorzugt enthält die Trägerschicht mindestens zwei Farbstoffe, besonders bevorzugt drei Farbstoffe, um die gewünschte Absorptionscharakteristik zu erhalten.
Bevorzugt wird der/die Farbstoffe ausgewählt aus der Gruppe der Anthrachinon- und Pyrazolonfarbstoffe. Besonders bevorzugt sind Makrolexgelb 3G® (Pyrazolonfarbstoff, Colour Index, Teil 1: Solvent Yellow 93), Makrolexrot 5B® (Anthrachinonfarbstoff, Colour Index, Teil 1, Solvent Red 52, Teil 2 Nr. 68210) und Hytherm Blue E® (Anthrachinonfarbstoff, Colour Index Teil 1 Solvent Blue 101).
Das Material für die Trägerschicht ist nicht kritisch, es gibt keine spezifischen Ein­ schränkungen. Die Trägerschicht besteht aus üblicherweise für optische Speichermedien und insbesondere CD-Rs verwendetem Material, insbesondere aus dem für das zum Beschreiben und/oder Ablesen verwendete Laserlicht transparenten Polymeren, wie Poly(co)carbonaten, Polymethylmethacrylaten, Poly-4-methylpenten-1, amorphe cyclische Polyolefine, Polyester, Epoxiharzen, Polyacrylaten, insbesondere wird Poly(co)carbonat verwendet. Sie kann Informationssignale in Form von Vertiefungen und/oder Kontrollsignale und/oder Führungsrillen aufweisen, d. h. sie kann ein gegebenenfalls formatierter Träger mit oder ohne Informationssignale sein. Gegebenenfalls kann sie auf übliche Weise oberflächenbehandelt sein.
Der/die Farbstoffe werden auf übliche Art und Weise in das Trägermaterial eingearbeitet, z. B. durch Compoundieren der Farbstoffe mit oder durch Aufbringen der Farbstoffe auf das Trägermaterial-Granulat. Vorzugsweise kann die Farbstoffzugabe auch als Masterbatch erfolgen.
Die Konzentration des/der Farbstoffe im Trägermaterial beträgt bevorzugt 0,1 bis 1,4 Gew.-%, vorzugsweise 0,3-0,8 Gew.-%. Der Träger wird aus dem farbstoffhaltigen Material auf übliche Weise geformt, z. B. durch Spritzguß oder Prägen.
Falls mehrere Trägerschichten vorgesehen werden, so bestehen sie bevorzugt aus demselben Polymer-Material. Der/die Farbstoffe können in diesem Fall in einer einzigen oder in mehreren Trägerschichten eingearbeitet sein.
Die gegebenenfalls vorgesehene(n) beschreibbare(n) Schicht(en) ist/sind bevorzugt die üblichen, sensitiven Farbstoffschicht(en) (vgl. z. B. EP-A 353 392, 488 231 und 410 879). Sie bestehen aus einem oder mehreren organischen Farbstoffen wie Phthalocyaninen, Merocyaninen, Cyaninen, Indodicarbocyaninen, Azulenen und Azo- Farbstoffen. Diese werden z. B. als Lösung in einem Lösungsmittel in üblicher Weise wie z. B. durch spin-coating aufgetragen. Als Lösemittel werden beispielsweise Diacetonalkohol, fluorierte Alkohole wie z. B. Tetrafluorpropanol, Butanol oder auch Gemische daraus verwandt.
Die Farbstoffe der einschreibbaren Schicht(en) sind von den Farbstoffen der Trägerschicht verschieden. Besonders bevorzugt sind Cyaninfarbstoffe.
Die gegebenenfalls vorgesehene reflektierende Schicht besteht bevorzugt aus einem Metall mit einer Reflexion von mehr als 80% bei der verwendeten Laserlichtwellenlänge wie z. B. Au, Ag, Al, Cu oder einer Legierung daraus. Sie kann z. B. durch Ablagerung aus der Gasphase wie Vakuumablagerung, Sputtering, ion­ plating oder ähnliche Techniken aufgebracht werden.
Die Schutzschicht besteht aus einem Harz mit hervorragender Schlagfestigkeit, üblicherweise einem Epoxiharz, Polyacrylatharz, oder Silikon-Hartharz. Die Schutzschicht wird üblicherweise durch Auftragen des Harzes durch Spin-Coating gefolgt von UV-Bestrahlung zum Härten gebildet. Sie kann aber auch aus einem weichen Material wie beispielsweise einem Polyurethanharz bestehen.
Die Schichtdicken der einzelnen Schichten betragen bevorzugt 0,5-1,2 mm (Träger), bis zu 200 nm (beschreibbare Schicht), bis 200 nm (reflektierende Schicht) und 5-200 µm (Schutzschicht).
Die Wellenlänge des Lasers zum Beschreiben und/oder Ablesen beträgt bevorzugt 760-- 800 nm, besonders bevorzugt 775-785 nm bzw. 620-660 nm, besonders bevorzugt 635- 650 nm.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung weiter.
Die relative Viskosität des Polycarbonats wird mit Hilfe einer 0,5% Lösung des Polycarbonats in Methylenchlorid bei 25°C gemessen.
Beispiele Erfindungsgemäßes Beispiel
Als Trägermaterial wird folgende Mischung hergestellt:
99,6224 Gew.-% Polycarbonatgranulat, Makrolon CD 2005 der Bayer AG, ein Polycarbonat aus Bisphenol-A mit tert.-Butylphenol-Endgruppen einer mittleren Lösungsviskosität von 1.20 (gemessen in Methylenchlorid bei 25°C und einer Konzentration von 0,5g in 100 ml Methylenchlorid)
0,06513 Gew.-% Pyrazolonfarbstoff Macrolexgelb 3G (geführt im Colour Index, Teil 1, als Solvent Yellow 93), Bayer AG
0,19746 Gew.-% Anthrachinonfarbstoff Macrolexrot 5B (geführt im Colour Index, Teil 1, als Solvent Red 52), Bayer AG
0,11501 Gew.-% Anthrachinonfarbstoff Hythermblue E (geführt im Colour Index als Solvent Blue 101).
Die Farbstoffe werden mit dem Granulat in einem geschlossenen Gefäß intensiv durchmischt und die Mischung danach auf einem Zwei-Schnecken-Kneter des Typs Werner Pfleiderer ZSK 53 bei einer Massetemperatur von ca. 240°C compoundiert.
Anschließend werden auf einer CD-Spritzgießmaschine mit CD-R-Stamper CD-R- Rohlinge hergestellt, die eine Dicke von 1,2 mm und einen Außendurchmesser von 120 mm aufweisen. Die CD-R-Herstellung erfolgt dabei bei einer Massetemperatur von 330°C, einer Werkzeugtemperatur von 100°C und einer Zykluszeit von 10 sec. Der CD- R-Stamper weist ein spiralförmig angeordnetes Pregroove mit einer mittleren Breite von 75 nm, einer mittleren Tiefe von 180 nm mit einem Spurabstand von 1,6 µm auf.
An den CD-R-Rohlingen wird die Transmission gemessen. Fig. 1 zeigt, daß das Material bei Wellenlängen unterhalb von 700 nm eine hohe Absorption aufweist (Meßgeometrie: 0°/diffus).
Vergleichsbeispiel
Zum Vergleich werden analoge CD-R-Rohlinge hergestellt, wobei allerdings dem Substratmaterial Makrolon CD 2005 keine Farbstoffe zugesetzt werden. Fig. 2 zeigt, daß das Material im gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes hohe Transmission aufweist (Meßgeometrie: 0°/diffus).
Anschließend wird auf den CD-R-Rohlingen eine Farbstoffschicht aufgebracht. Als Farbstoff wird der Cyaninfarbstoff OM57 von Fuji in Verbindung mit dem Quencher Kayasorb IRG-022 von NipponKayaku Co. verwandt. Das Verhältnis von Farbstoff zu Quencher beträgt 20 : 1. Der Farbstoff/Quencherauftrag erfolgte aus Diacetonalkohol­ lösung mittels Spincoating, wobei die Bedingungen so gewählt werden, daß eine mittlere Farbstoffschichtdicke von 150 nm resultiert.
Anschließend wird auf die Farbschicht eine 60 bis 80 nm dicke Goldschicht aufgedampft, welche wiederum mit einem ca. 10 µm dicken Schutzlack versehen wird.
Die erhaltenen CD-Rs, die erfindungsgemäßen bzw. die aus dem Vergleichsversuch, werden anschließend in einem Yamaha CD-R 100 Brenner mit 4-facher Schreib- /Lesegeschwindigkeit beschrieben. Anschließend wird die Block-Error-Rate (BLER) der CD-Rs mithilfe eines ISEDD-Testspielers des Ingenieurbüros für Umwelt­ technologie und Meßtechnik, Bielefeld, in dem ein Philips- und ein Sony-Player integriert sind, gemessen.
Die Qualität der CD-Rs liegt auf vergleichbarem Niveau, wie nachfolgende Tabelle 1 zeigt:
Tabelle 1
Die erfindungsgemäßen CD-Rs sowie die Vergleich-CD-Rs werden anschließend einem Belichtungstest nach ISO 4892-2 unterzogen. Die Belichtung erfolgte durch das Substratmaterial hindurch auf die CD-R-Farbstoffschicht unter folgenden Testbedingungen:
Gerät: Atlas Xenon-WOM
Leuchtquelle: XENON-Lampe 6,5 KW (v. Atlas)
Bestrahlungsstärke: 0,35W/(m2.nm), gemessen bei 340 nm
Filterung: Pyrex/Pyrex
Schwarzstandardtemperatur: 65°C
Probenraumtemperatur: 42°C
Rel. Luftfeuchte: 65%
Beregnungszyklus: 102/18 min.
Danach werden wiederum die Block-Error-Raten mit dem ISEED-Testspieler gemessen.
Die Vergleichs-CD-R zeigt bereits nach ca. 10 Stunden Belichtungsdauer eine signifikante Zunahme im BLER. Nach ca. 20h Belichtungsdauer lag die BLER auf einem Wert von ca. 500, d. h. weit außerhalb der Spezifikation.
Die erfindungsgemäße CD-R zeigt bis praktisch 50 Stunden Belichtungsdauer keine Zunahme im BLER.

Claims (10)

1. Beschreibbares, optisches Speichermedium, umfassend eine Schutzschicht, eine oder mehrere einschreibbare Schichten, gegebenenfalls eine lichtreflektierende Schicht und mindestens eine Trägerschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht mindestens einen Farbstoff enthält, und bei der zum Beschreiben und/oder Ablesen verwendeten Wellenlänge des Lasers eine Transmission von mindestens 70% aufweist und bei allen anderen Wellenlängen des sichtbaren Lichts, die mindestens 100 nm kürzer sind als die Wellenlänge des Laserlichts eine Absorption von mindestens 70% aufweist.
2. Optisches Speichermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht mindestens zwei Farbstoffe enthält.
3. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmission mindestens 80%, vorzugsweise 85% und die Absorption mindestens 90%, vorzugsweise 95% beträgt.
4. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Lasers zum Beschreiben und/oder zum Ablesen 760-800 nm, vorzugsweise 775-785 nm beträgt.
5. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Lasers zum Beschreiben und/oder zum Ablesen 620-660 nm, vorzugsweise 635-650 nm beträgt.
6. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Farbstoffe ausgewählt werden aus der Gruppe der Anthrachinon- oder Pyrazolonfarbstoffe.
7. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Farbstoffe ausgewählt werden aus Makrolexgelb 3G®, Makrolexrot 5B® oder Hytherm Blue E®.
8. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht 0,1-1 Gew.-% Farbstoff enthält.
9. Optisches Speichermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form einer ein- oder mehrfach beschreibbaren Compact Disk.
10. Optisches Speichermedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beschreibbare Schicht aus einem sensitiven Farbstoff besteht, der von dem oder den Farbstoffen unterschiedlich ist.
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