DE2710629C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungsmittel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen des Auf­ zeichnungsmittels.
Bei einem speziellen Aufnahmesystem wird ein fokussierter, modulierter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, auf ein ablösbares Aufzeichnungsmittel gelenkt. Dieses ent­ hält ein mit einem lichtabsorbierenden Material beschichte­ tes lichtreflektierendes Material auf seiner Unterlage. Die Dicke der lichtabsorbierenden Schicht wird so gewählt, daß ein Maximum der auf die lichtabsorbierende Schicht auf­ treffenden Lichtenergie dort zurückgehalten und in Wärme­ energie umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie hat zur Folge, daß sich das lichtabsorbierende Material in dem vom Licht getroffenen Bereich beispielsweise durch Sublimation oder Abschmelzen ablöst. Bei dem Ablösen werden bestimmte Teile der reflektierenden Schicht freigelegt. Beim Lesen wird der Kontrast zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und der lichtreflektierenden Schicht angezeigt.
In der DE-OS 20 26 805 wird ein Aufzeichnungsträger zur Datenaufzeichnung mit Hilfe eines Laserstrahls beschrieben, der aus einer beispielsweise transparenten Unterlage, einer Halbwellen-Wärmereflexionsschicht aus Siliziumoxid, einer strahlungsabsorbierenden Metallschicht und einer Schutz­ schicht (gegen mechanische und optische Störungen) besteht. Die wärmereflektierende Schicht dient als Reflektor oder Absorber gegenüber der von der absorbierenden Schicht kom­ menden Energie und soll die aus einem Kunststoff bestehende Unterlage gegen zu starke Erwärmung schützen. Die Schicht­ dicke der wärmereflektierenden Schicht soll die λ/4-Bedin­ gung für die Wellenlänge der vom Schreibstrahl (Laser­ strahl) erzeugten Wärmestrahlung erfüllen. Da Wärmestrah­ lung eine Wellenlänge von mehr als 750 nm besitzt, muß die wärmreflektierende Schicht eine Dicke von mindestens 180 nm besitzen.
In einem anderen Typ optischer Aufzeichnungsmittel muß die Unterlage mit einer dünnen Schicht aus Aluminium als licht­ reflektierendes Material beschichtet werden. Auf die Alu­ miniumschicht wird die Schicht aus lichtabsorbierendem Ma­ terial aufgebracht. Aluminium ist ein ausgezeichnetes licht­ reflektierendes Material für das gattungsgemäße Aufzeich­ nungsmittel, da es leicht auf viele Arten von Unterlagen als dünner, nichtkörniger, hochreflektierender und gut haf­ tender Film aufzubringen ist. Außerdem ist Aluminium schon bei recht niedrigen Temperaturen in einer Vakuumkammer zu verdampfen. Allerdings wird Aluminium in Gegenwart von Sauerstoff leicht zu Aluminiumoxid (Al2O3) oxidiert. Selbst in einer Vakuumkammer mit Spuren von Sauerstoff kann sich auf der Aluminiumoberfläche eine ungefähr 0,3 bis 0,5 nm dicke Aluminiumoxid-Schicht bilden.
Eine so dünne Oxidschicht ist für die Verwendung von Alu­ minium als lichtreflektierendes Material in einem Aufzeich­ nungsmittel nicht schädlich, da das Reflexionsvermögen der Oberfläche noch hoch und die oxidierte Schicht so dünn ist, daß sie die Oberflächenglätte und die optische Qualität der Oberfläche nicht merklich beeinträchtigt.
Es hat sich herausgestellt, daß sich die Oberfläche der lichtreflektierenden Aluminiumschicht mit der Zeit be­ sonders dann ändert, wenn sie mit einer Aufzeichnungs­ schicht aus hydrophilem Material, wie Fluoreszein, beschich­ tet wird. Ursache hierfür ist ein weiteres Oxidieren des Aluminiums infolge Diffusion von Sauerstoff und Wasserdampf aus der Fluoreszein-Schicht. Dieses fortgesetzte langsame Oxidieren hat eine Verschlechterung der optischen Qualität und eine Änderung der Adhäsion der hydrophilen, lichtabsor­ bierenden Schicht auf dem Aluminium zur Folge. Diese Ver­ hältnisse werden nach dem Aufzeichnen noch verschlimmert, wenn durch Ablösen der Absorptionsschicht ein Teil des Alu­ miniums der Atmosphäre ausgesetzt wird und ein Teil mit der Absorptionsschicht bedeckt bleibt mit dem Ergebnis einer unterschiedlichen Geschwindigkeit der weiteren Oxidation in den verschiedenen Bereichen.
Eine weitere mit Reflexionsschichten aus Aluminium verbunde­ ne Schwierigkeit besteht darin, daß ein Teil des Aluminiums zusammen mit der lichtabsorbierenden Schicht durch den schreibenden bzw. speichernden Laserstrahl abgelöst werden kann, wenn das Energieniveau des Strahls während des Auf­ zeichnens zu hoch ist. Diese Korrosion bzw. dieses "Anfres­ sen" der Aluminiumschicht verringert das Signal-/Rausch-Ver­ hältnis während des Lesens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Aufzeichnungsmittel der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem die lichtreflektierende Aluminiumschicht gegenüber einer Oxidation aus dem angrenzenden System der absorbierenden Schicht geschützt ist und bei dem auch hohe Schreibstrahlenergien keine Schädigung des Reflexionsver­ mögens verursachen. Für das optische Aufzeichnungsmittel wird die erfindungsgemäße Lösung im Patent­ anspruch 1 beschrieben. Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Überraschend hat sich herausgestellt, daß lichtreflektieren­ des Aluminium mit einer Schicht aus Aluminiumoxid von 2,5 bis 3,0 nm Dicke gegenüber weiterer Oxidation vollständig passiviert wird. Ein ausgezeichnetes Aufzeichnungsmittel kann dadurch hergestellt werden, daß eine dünne reflektie­ rende Schicht aus Aluminium in einer Vakuumkammer in Anwe­ senheit von Sauerstoff auf eine ebene, glatte Unterlage aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aufgedampft und dann genügend Sauerstoff in die Vakuumkammer eingelas­ sen wird, bis in der Aluminiumoberfläche eine oxidierte Schicht von 2,5 bis 3,0 nm Dicke entstanden ist. Zum Fertigstellen des Aufzeichnungsmittels wird auf die Alumi­ niumoxid-Schicht eine lichtabsorbierende Schicht aufgebracht.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein nicht abgelöstes, erfindungsgemäßes Aufzeich­ nungsmittel, im Querschnitt;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Aufzeichnungsmittel mit einem abgelösten Abschnitt, im Querschnitt.
Das lichtreflektierende Aluminium muß eben und glatt sein. Ein Aufzeichnungsmittel gemäß der Erfindung enthält eine dünne Schicht aus Aluminium auf einer flachen, glatten Unterlage. Die Aluminiumschicht muß dünn genug sein, damit ein zu hoher seitlicher Wärmever­ lust verhindert wird. Das Aluminium ist eloxiert. Die oxydierte Schicht sollte dick genug sein, um die Aluminiumschicht gegenüber weiterer Oxydation zu passivieren und ein Anfressen oder ein Ablösen be­ ziehungsweise Abtragen während des Aufzeichnens zu ver­ hindern. Ist die oxidierte Schicht jedoch zu dick, so hat das verringerte Reflexionseigenschaften und eine ver­ ringerte Haftung an der angrenzenden lichtabsorbierenden Schicht zur Folge.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine licht­ reflektierende Aluminiumschicht durch Aufdampfen auf eine gewünschte Unterlage in einer Vakuumkammer hergestellt werden. Wenn eine Schicht aus Aluminium von etwa 25,0 bis etwa 50,0 nm Dicke niedergeschlagen ist, wird eine geringe Menge Sauerstoff in die Vakuum-Kammer eingeführt. Der Sauerstoff oxidiert die Aluminiumschicht bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 bis 3,0 nm Dicke in etwa 10 Minuten. Das Vakuum wird dann wieder eingestellt und das gewünschte organische Material auf die oxidierte Aluminiumschicht aufgedampft.
Die Art der verwendeten Unterlage ist nicht kritisch, aus­ genommen, daß sie eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollte. Die Unterlage sollte eine ebene, optisch glatte Oberfläche aufweisen, an welcher die daran anschließende Aluminiumschicht haftet. Eine Glasplatte oder Glasscheibe ist geeignet. Plastikmaterialien sind ebenfalls geeignet; es ist bei ihnen jedoch schwieriger, eine optisch glatte, ebene Oberfläche herzustellen.
Die lichtabsorbierende Schicht muß bei den für die Auf­ zeichnung verwendeten Wellenlängen absorbieren und sollte darüber hinaus einen amorphen, kohärenten Film bilden, der das Licht nicht reflektiert. Weiterhin sollte die lichtabsorbierende Schicht leicht ablösbar beziehungs­ weise abtragbar sein, zum Beispiel bei niedrigen Tempera­ turen verdampfbar, um die Bildung eines genau definierten Lochs von regelmäßiger Form zuzulassen. Bei einer Dicke von ungefähr 50,0 nm wurde Fluoreszein verwendet. Eine Schicht aus 4-Phenylazo-1-Naphtylamin, das man durch Verdampfen des Farbstoffs Sudan Schwarz B, Farbtonindex (CI) 26 150, in einer Vakuumkammer erhält, mit einer Dicke von etwa 52,5 nm bildet ebenfalls eine ausgezeichnete Beschichtung.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden:
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Aufzeichnungsmittel, bevor es dem Aufnahme-Lichtstrahl ausgesetzt wurde, mit einer Glasunterlage 110, einer lichtreflektierenden Schicht 112, 114, welche eine Aluminiumschicht von ungefähr 30,0 nm Dicke mit einer Aluminiumoxid-Beschichtung 114 von ungefähr 3,0 nm Dicke umfaßt, und mit einer lichtabsorbierenden Schicht 116.
Fig. 2 zeigt ein Aufzeichnungsmittel gemäß der Erfindung nachdem es einem Aufnahmelichtstrahl ausgesetzt wurde, wo­ bei die optische Schicht 116 derart abgelöst beziehungs­ weise abgetragen wurde, daß ein Loch 118 entstanden ist, das die reflektierende Schicht 114 freilegt. Selbstverständ­ lich weist das Aufzeichnungsmittel nach der Aufnahme eine Vielzahl von Löchern 118 auf und nicht nur das in Fig. 2 gezeigte.
Durch die folgenden Ausführungsbeispiele wird die Erfin­ dung näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Glasscheibe mit 30,5 cm Durchmesser wurde in einer Vakuum-Kammer über einem Aluminiumtarget gedreht. Die Kam­ mer wurde auf 10-6 Torr evakuiert und eine Aluminiumschicht von etwa 30,0 nm Dicke auf die sich drehende Scheibe aufgedampft. Die Heizung wurde abgeschaltet und der Vakuumkammer trockener Sauerstoff zugeführt. Nach 10 Minuten hatte sich auf der Oberfläche der Scheibe eine Aluminiumoxidschicht von etwa 3,0 nm Dicke gebildet.
Die Vakuum-Kammer wurde erneut auf 10-6 Torr evakuiert und ein Fluoreszeinfilm von etwa 50,0 nm Dicke auf die Aluminiumschicht aufgedampft.
Das erhaltene Aufzeichnungsmittel wurde Lichtpulsen von 50 Nanosekunden Dauer bei einer Wellenlänge von 457,9 nm ausgesetzt, die von einem Argon-Laser erzeugt wurden. Die Spitzen- Energiedichte des Lasers lag im Bereich von etwa 0,35 × 106 W/cm2 bis 3,1 × 106 W/cm2 bei aufeinanderfolgenden Belichtungen. Es wurden Fernsehaufzeichnungen von hoher Qualität mit einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis über 50 dB gemacht, wobei im Durchschnitt weniger als 5 Ausfälle, d. h. Verluste von Signalen, pro Bild auftraten.
Die obige Aufzeichnung wurde mit einer Aufzeichnung ver­ glichen, die mit einem ähnlichen Aufzeichnungsmittel ge­ macht wurde, ausgenommen, daß die Aluminiumschicht nicht oxidiert war und lediglich eine Aluminium-Oxidschicht von etwa 0,5 nm Dicke aufwies. Die Empfindlichkeit war in etwa die gleiche. Bei Energiedichten des Lasers über etwa 1,8 × 106 W/cm2 wurde jedoch die Aluminiumschicht zusätzlich zur Fluoreszein-Schicht abgetragen, wie durch Lochfraß in der Aluminiumoberfläche festgestellt wurde.
Beispiel 2
Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, ausgenommen daß die organische Schicht durch Verdampfen von Sudan-Schwarz D bei 150 Grad Celsius nach dem Oxidieren der Aluminium­ schicht gebildet wurde. Der Farbstoff zersetzt sich und führt zu einer hellgelben Beschichtung aus 4-Phenylazo- 1-Naphtylamin.
Eine Glasscheibe mit 30,5 cm Durchmesser wurde mit einer Aluminiumschicht von etwa 30,0 nm Dicke beschichtet. Die Oberfläche wurde bis zu eine Tiefe von etwa 3,0 nm oxidiert, um die Metallschicht zu stabilisieren.
Die beschichtete Scheibe wurde in einer Vakuum-Kammer über einem Verdampferschiffchen gedreht, das Sudan-Schwarz B enthielt. Eine Stromquelle wurde mit dem Schiffchen ver­ bunden, und die Vakuum-Kammer auf etwa 10-6 Torr evakuiert. Das Schiffchen wurde bei geschlossenem Deckel und etwa 70 Grad Celsius ungefähr 15 Minuten lang durch Stromzu­ fuhr zum Schiffchen vorerhitzt. Die Temperatur wurde dann auf 150°C erhöht und der Deckel gelüftet und das Sudan-Schwarz B begann, langsam zu verdampfen und aufzu­ dampfen, d. h. mit etwa 3,0 nm pro Minuten. Das Auf­ dampfen wurde fortgesetzt, bis eine Schicht aus 4-Phenylazo- 1-Naphtylamin von etwa 52,5 nm Dicke auf der Alu­ minium-Oxid-Schicht abgelagert war.
Es hatte sich ein glatter, amorpher, klarer und ununter­ brochener Film niedergeschlagen.
Nach einer Aufzeichnung bei 488,0 nm Wellenlänge lag das Signal-zu-Rausch-Verhältnis über 50 dB bei weni­ ger als 5 Ausfällen pro Bild.
Die Aufzeichnung wurde periodisch über einen Zeitraum von einigen Monaten überprüft. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und die Ausfallrate änderten sich nicht.
Die obige Aufzeichnung wurde mit einer Aufzeichnung ver­ glichen, die mit einem ähnlichen Aufzeichnungsmittel ge­ macht wurde, ausgenommen, daß die Aluminiumschicht nicht oxidiert war. Die Anfangsempfindlichkeit war in etwa die gleiche, d. h. ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von etwa 50 dB mit wenigen Ausfällen.
Nach wenigen Tagen nahm das Signal-zu-Rausch-Verhältnis jedoch auf etwa 45 bis 50 dB und die Ausfallrate stieg auf 10 bis 20 an.

Claims (7)

1. Optisches Aufzeichnungsmittel, mit einer Unterlage (110) geringer Wärmeleitfähigkeit, einer dünnen licht­ reflektierenden Schicht (112) aus Aluminium auf dieser Unterlage (110) und einer Schicht (116) aus organischem, leicht abtragbarem und Licht gut absorbierendem Material über dieser Aluminiumschicht (112), gekennzeichnet durch eine Passivierungsschicht (114) aus Aluminiumoxid von ungefähr 2,5-3,0 Nanometer Dicke zwischen der Alu­ miniumschicht (112) und dem abtragbaren lichtabsorbie­ renden Material (116).
2. Aufzeichnungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterlage (110) aus Glas besteht.
3. Aufzeichnungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (116) aus Fluoreszein besteht.
4. Aufzeichnungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabsorbierende Schicht (116) aus 4-Phenylazo-1-Naphthylamin besteht.
5. Aufzeichnungsmittel nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die licht­ absorbierende Schicht (116) etwa 50 Nanometer dick ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines optischen Aufzeich­ nungsmittels nach Anspruch 1 mit folgen­ den Schritten:
  • a) Aufdampfen einer bei der vorgegebenen Laser-Fre­ quenz reflektierenden Aluminiumschicht (112) von etwa 25 bis 500 nm auf ein Substrat (110) unter Vakuum;
  • b) Bedecken der Aluminiumschicht (112) mit einer bei der vorgegebenen Laserfrequenz absorbierenden, ab­ blätternden Lichtabsorptionsschicht (116),
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschicht (112) vor dem Aufbringen der lichtabsorbierenden Schicht (116) bis zu einer Tiefe von etwa 2,5 bis 3,0 nm oxidiert wird.
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