DE2747433A1 - Informationsaufzeichnungstraeger - Google Patents

Informationsaufzeichnungstraeger

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DE2747433A1 DE19772747433 DE2747433A DE2747433A1 DE 2747433 A1 DE2747433 A1 DE 2747433A1 DE 19772747433 DE19772747433 DE 19772747433 DE 2747433 A DE2747433 A DE 2747433A DE 2747433 A1 DE2747433 A1 DE 2747433A1
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Description

Informationsaufzeichnungsträger
Die Erfindung betrifft Informationsträger, auf die mit
Hilfe eines Lichtstrahls durch Umwandlung der von diesem Strahl transportierten Energie in Wärmeenergie Aufzeichnungen vorgenommen werden können.
Die Wärmegravierung erlaubt die Aufzeichnung von Informationen auf Trägern, die nicht lichtempfindlich sind.
Diese Art der Aufzeichnung ermöglicht ganz allgemein die Erzielung von Trägern mit sehr hoher Auflösung, wobei diese Auflösung praktisch durch die Abmessung des Gravierflecks beschränkt. Die erhaltenen Träger können ohne Schaden am Licht aufbewahrt und mit einem konzentrierten Lichtstrahl wieder gelesen werden, dessen Intensität geringer ist als die Intensität, mit welcher der Träger graviert wurde. Für die Herstellung von wärmeempfindlichen Trägern wird eine erste Gruppe von Materialien verwendet:
Dr.Ha/Ma
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Es handelt sich dabei um in dünner Schicht auf Substraten abgeschiedene Metalle, z.B. Wlsmuth, Cadmium oder Silber. Die Empfindlichkeit dieser Materialien ist im allgemeinen gering und die Intensität des Gravierstrahls und somit die Leistung seiner Quelle muß daher sehr hoch sein. Beispielsweise muß zur Erzielung einer örtlichen Zerstörung einer Wismuthschicht eine Temperatur von etwa 15000C erreicht werden, was die Verwendung von leistungsstarken Laserstrahlquellen erforderlich macht und somit kostspielig ist. Hingegen sind solche Schichten für für die Gravierung verwendete Wellenlängen stark absorbierend; die Diffusionslänge liegt in der Größenordnung von 100 bis 150 8.
Ein zweiter Materialtyp kann ebenfalls für die Herstellung von wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträgern verwendet werden. Es handelt sich um bei tiefer Temperatur durch Wärme zersetzbare organische Stoffe, z.B. Nitrocellulose oder Polymethylmetacrylat (PMMA). Solche Schichten besitzen den Vorteil, sich bei tiefer Temperatur zu zersetzen (zwischen 100 und 150°C), sie sind jedoch im Bereich der verwendeten Laserstrahlwellen wenig absorbierend. Zur Erzielung einer ausreichenden Strahlungsabsorption müssen diese Materialien mit einer Schichtdicke von mindestens 1 Mikrometer abgeschieden werden, da die Eindringtiefe für eine mindestens 60#ige Absorption der Strahlung in der Größenordnung von 1 Mikrometer liegt. Außerdem ist die Wärmekapazität solcher Schichten groß und ihre Empfindlichkeit somit mäßig.
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Die Erfindung betrifft einen wärmeempfindlichen Träger, der aus einem Substrat besteht, auf dem sich eine wärmeempfindliche Schicht befindet, die aus einer dünnen Metallschicht und einer bei tiefer Temperatur durch Wärme zersetzbaren organische Schicht besteht, wobei die so gebildete wärmeempfindliche Schicht gleichzeitig die durch die Metallschichten sowie durch die organischen Schichten bedingten Vorteile ohne die vorstehend für die einzelnen dieser wärmeempfindlichen Schichten aufgezeigten Nachteile besitzt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen wärmeempfindlichen Trägers vor der Einschreibung bei (a) und nach der Einschreibung bei (b),
Fig. 2 eine zweite AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen wärmeempfindlichen Trägers, wobei mit (a) und (b) der Zustand vor bzw. nach der Einschreibung dargestellt ist,
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägers vor Einschreibung (a) und nach Einschreibung (b) und
Fig. 4 eine zum Pressen bestimmte Matrize eines Trägers.
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Fig. 1 (a) zeigt einen erfindungsgemäßen wärmeempfindlichen Träger. Er besteht aus einem Substrat 1 mit geringer Wärmeleitung, z.B. aus Glas, das für eine Strahlung durchscheinend ist, wenn man nach der Gravierung des wärmeempfindlichen Trägers die Aufzeichnung durch dieses Substrat lesen will; dieser Träger kann auch z.B. aus Polyäthylentetraphthalat bestehen. Der Träger weist ferner eine wärmeempfindliche Schicht auf, die aus einer ersten, bei tiefer Temperatur wärmezersetzbaren (zwischen 100 und 1500C), verhältnismäßig dünnen Schicht 2 mit einer Dicke in der Größenordnung eines Zehntel Mikrometer (z.B. aus Nitrocellulose oder PMMA) und einer zweiten sehr dünnen Schicht 3 mit einer Dicke in der Größenordnung eines Hundertstel Mikrometer aus Metall oder Halbmetall besteht; diese zweite Schicht soll für die Wellenlänge der Lesestrahlung sehr stark absorbierend sein, wobei diese Strahlung von einer Laserquelle kommt, die für sich allein, wenn diese Strahlung konzentriert ist, einen Fleck mit zur Beschriftung von Mikroelementen ausreichend geringen Abmessungen liefern kann. Die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht wird so gewählt, daß der Hauptteil der einfallenden Strahlung absorbiert wird, was nur eine geringe Dicke erfordert, da die Eindringtiefe der Strahlung gering ist und bei einem Hundertstel Mikrometer hat die Schicht mehr als 60 % der Strahlung absorbiert. Aufgrund dieser geringen Dicke wird die in dem Metall durch die Lichtschwingungen erzeugte Wärmeenergie an der Oberfläche kaum verteilt und sie bleibt in Nähe des Auftreffpunkts des Strahls konzentriert; die Wärmekapazität pro Flächeneinheit, um diese Schicht auf eine vorherbestimmte Temperatur zu bringen, ist somit gering.
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Für die Gravierung wird der so zusammengesetzte Träger einer auf die Metallfläche 3 auftreffenden Gravierungsstrahlung ausgesetzt. Diese Gravierungsstrahlung wird fast vollständig von der Metallschicht absorbiert, woraus eine örtliche Erwärmung dieser Schicht resultiert, die auf die Umgebung der Auftreffflache der Strahlung begrenzt ist. Temperaturen in der Größenordnung von 100 bis 2000C können so sehr rasch infolge der starken Absorption durch das Metall und seiner geringen Wärmekapazität erreicht werden. Diese Erwärmung wird auf den darunter angrenzenden Bereich der wärmezersetzbaren Schicht 2 abgeleitet, die, wie vorstehend angezeigt, bei tiefer Temperatur (etwa 1500C) abgebaut wird. Diese Schicht wird somit örtlich abgebaut; dieser Abbau kann sich entweder in einer Mikroexplosior, welche mechanisch die Metallschicht in dem Bereich, welcher die Wärme abgeleitet hat, zerstört, oder in einer chemischen Zersetzung bemerkbar machen,wobei die Zersetzungsprodukte chemisch die Metallschicht stets in dem Bereich angreifen, welcher die Wärme abgeleitet hat. Diese letztere Art des Abbaus kann bei nitrierten Stoffen, z.B. der Nitrocellulose, auftreten, die nach der Zersetzung Gase, z.B. NO,, NO« oder O2 freisetzen, die sich dann mit dem Metall vereinigen können. Es findet somit eine Veränderung der Metallschicht stctt und der so erhaltene Träger wird durch Wahrnehmung der Amplitudenänderungen der von der Metallschicht reflektierten Strahlung lesbar. Der so gravierte Träger ist in Fig. 1 (b) dargestellt, wo man in der Schicht 2 durch die Erwärmung thermisch zersetzte Zonen 21 sowie der Gravierungsstrahlung ausgesetzte Bereiche 31 der Schicht 3 unterscheidet, wobei diese Bereiche 31 dann entweder mechanisch
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oder chemisch infolge der Zersetzung der darunter befindlichen Bereiche 21 angegriffen werden. Infolge der hohen Wärmekapazität der Schicht 2 werden die Bereiche dieser Schicht, die sich nicht direkt mit den bestrahlten Bereichen der Metallschicht in Kontakt befinden, nicht abgebaut.
Fig. 2 (a) zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägers. Er besteht, wie der vorhergehend beschriebene, aus einem mit einer wärmeempfindlichen Schicht bedeckten Substrat 1, wobei diese wärmeempfindliche Schicht in gleicher Weise aus einer ersten, verhältnismäßig dünnen (etwa ein Zehntel Mikrometer), wärmezersetzbaren Schicht 2 und einer sehr dünnen (etwa ein Hundertstel Mikrometer) Metallschicht 3 besteht. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform befindet sich Jedoch das Substrat 1 nicht mehr mit der wärmezersetzbaren Schicht, sondern mit der Metallschicht 3 in Kontakt. Für die Gravierung wird der so zusammengesetzte Träger einer auf die organische Schicht 2 auffallenden Gravierungsstrahlung ausgesetzt. Diese Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung eines Zehntel Mikrometer (zehnmal dünner als die Eindringtiefe der Strahlung mit einer Abschwächung von —) kann daher nur einen sehr geringen Teil der Strahlung absorbieren; diese Strahlung reicht auf keinen Fall aus, um die Schicht örtlich auf ihre Zersetzungstemperatur zu erwärmen. Ein sehr großer Teil der auftreffenden Strahlung wird somit an die Metallschicht abgegeben, die infolge ihrer Dicke und ihrer Absorption diese Strahlung zum größeren Teil absorbiert und sich örtlich und rasch auf Temperaturen von 100 bis 2000C erhitzt; diese Erhitzung wird dann nicht auf das Substrat
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- ίο -
abgeleitet, das so gewählt wurde, daß seine Wärmeleitung gering ist, sondern auf die wärmezersetzbare Schicht 2, welche auf diese Weise infolge Wärmeleitung (Wärmediffusion) auf ihre Zersetzungstemperatur gebracht wird; die Metallschicht bleibt intakt, da sie sich von ihrer Zersetzungstemperatur weit entfernt befindet. Die Schicht 2 wird örtlich in den mit den erhitzten Metallbereichen 31 in Kontakt befindlichen Bereichen 23 zerstört, wie dies in Fig. 2 (b) dargestellt ist.
Fig. 3 (a) zeigt eine dritte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen wärmeempfindlichen Trägers, wobei die Gravierung auf einen Träger auf die gleiche Weise, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, aufgebracht wird.
Dieser Träger besitzt eine bei tiefer Temperatur wärmezersetzbare Schicht k mit großer Dicke, welche die Rolle des Substrats 1 sowie die der wärmezersetzbaren Schicht des Trägers von Fig. 1 spielt. Auf dieser wärmezersetzbaren Schicht befindet sich eine sehr feine Schicht 3 aus Metall oder Halbmetall. Die Gravierungsstrahlung fällt auf die Schicht 3 auf, wird zum größten Teil von dieser Schicht absorbiert und in Wärme umgewandelt, welche auf die darunter befindlichen Zonen der Schicht 4 Übertragen wird, wobei diese Zonen auf die Zersetzungstemperatur erwärmt werden. Die Zersetzung dieser Zonen erzeugt durch chemische oder mechanische Einwirkung die Zersetzung der angrenzenden Bereiche der Schicht 3· Der nach der Gravierung erhaltene Träger (Fig. 3 (b)) weist dann eine Schicht auf, in welcher Löcher gebildet wurden, welche in ihrer Aufeinanderfolge entlang einer Bahn die Einschreibung der Information bilden.
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Die vorstehend beschriebenen wärmeempfindlichen Informationsaufzeichnungsträger sind so beschaffen, daß sie mit einer Laserstrahlung graviert werden können, die gegenüber der bisher für die Wärmegravierung verwendeten schwach ist. Um beispielsweise einen scheibenförmigen Träger zu gravieren, dessen lineare Vorbeilaufgeschwindigkeit an der Stelle des Gravierungsflecks 15 m/s beträgt, kann ein Punkt mit einer mittleren Länge von 0,7 Mikrometer durch einen Laserstrahl graviert werden, dessen Intensität auf Höhe der Schicht unter 10 mW liegt, was einer Bestrahlungsdauer während etwa 50 ns mit einer Strahlung von 10 mW entspricht. Solche Intensitäten liegen in der Größenordnung von denjenigen, wie man sie mit Halbleiterlasern erhält. Dadurch werden die Verfahrenskosten der Gravierung gegenüber dem z.B. mit einem Gaslaser durchgeführten Verfahren wesentlich erniedrigt.
Die zur Wärmegravierung einer nur auf Wismuth bestehenden, 2 Hundertstel Mikrometer dicken, auf einem Glassubstrat abgeschiedenen Schicht auf Höhe der Schicht erforderliche Intensität liegt bei AO mW und auf einem Substrat aus Polyäthylenterephthalat bei 20 mW.
In gleicher Weise erfordert eine 1yum dicke, auf einem Substrat aus Glas oder Polyäthylenterephthalat abgeschiedene organische Schicht für eine Gravierung eine Intensität von etwa 20 mW.
Im Gegensatz hierzu erfordert eine doppelte Schicht, bestehend aus einer 2 Hundertstel Aim dicken Wismuthschicht und einer 1 Zehntel tun dicken organischen Schicht auf einem Glassubstrat, zur Gravierung nur eine Intensität von etwa
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k mW, und wenn diese doppelte Schicht auf einem PoIyäthylenterephthalatsubstrat gebildet wurde, ist nur noch eine Intensität von etwa 2,5 mW erforderlich. Man erzielt so einen Intensitätsgewinn von 5 bis 10 gegenüber den üblichen bekannten wärmeempfindlichen Trägern.
Im Rahmen der AusfUhrungsformen des in Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen wärmeempfindlichen Trägers kann man die Dicke der wärmezersetzbaren Schicht 2 so einstellen, daß sie für den Lesestrahl eine reflexmindernde Schicht bildet, wenn der Träger der Fig. 1 durch das Substrat hindurch gelesen wird und wenn der Träger von Fig. 2 durch die wärmezersetzbare Schicht hindurch gelesen wird. Wenn nämlich e die Dicke dieser Schicht, λ die Wellenlänge der Lesestrahlung und η der Brechungsindex dieser Schicht ist, beträgt die Gangdifferenz zwischen der einmal von der ersten^von der Strahlung getroffenen Fläche der Schicht 2 und zum andern von der zweiten Fläche reflektierten, aus dem Träger austretenden Strahlung 2.ne Si e = ^n-, wobei die austretende Strahlung gegenphasig ist, so daß man am Austritt der Strahlung eine Auslöschung hat, da die Strahlung im Innern des Trägers verbleibt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend genau beschriebenen AusfUhrungsformen beschränkt. Insbesondere können zur Herstellung des Substrats andere Materialien verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie die Wärme schlecht leiten und ein gutes mechanisches Verhalten zeigen. Die wärmeempfindliche Schicht selbst entspricht der Erfindung, unter der Bedingung, daß sie aus einer
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bei tiefer Temperatur wärmezersetzbaren Schicht (wofür ganz allgemein organische nitrierte Stoffe verwendet werden können) und einer stark absorbierenden Schicht besteht.
Die Dicke der gravierten Schicht (etwa 0,1 /um) ist mit den Lesevorrichtungen verträglich, in welchen der Gangunterschied zwischen der einen gravierten Bereich durchquerend« Strahlung bei etwa *$■ gewählt wird, wobei λ die Wellenlänge der Lesestrahlung ist.
Ein solcher wärmeempfindlicher Träger besitzt den Vorteil, sofort beschriftet und gelesen werden zu können, da es keines Entwicklungsvorgangs bedarf, was eine Kontrolle der Gravierung innerhalb einer realen Zeit zuläßt. Außerdem eignet sich ein solcher Träger nach der Aufzeichnung direkt zur Herstellung einer Matrize für die Reproduktion durch Preßformen.
So wird, wie dies Fig. k zeigt, ein mit einer Aufzeichnung versehener Träger, wie er in Fig. 2 (b) dargestellt ist, wo er aus einem Substrat 1 und einer aus einer absorbierenden Schicht 3 und einer wärmezersetzbaren, partiell abgebauten Schicht 2 gebildeten wärmeempfindlichen Schicht besteht, mit einer leitenden Schicht 5 bedeckt. Diese Schicht kann z.B. eine Silber- oder Goldschicht sein. Ganz allgemein wird sie so gewählt, daß sie eine Elektrode bildet und die Abscheidung einer Metallschicht 6 auf galvanoplastischem Weg gestattet. Diese Schicht kann aus Nickel bestehen. Die so durch die Schicht 6 gebildete Matrize stellt ein "Negativ" der Information dar und ist zur Preßformung von Trägern geeignet.
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Claims (9)

  1. Patentanwälte
    Dipt -Ing Dipl.-Chem Dipl -Ing
    E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
    E r nsber ger strasse 19
    8 München 60
    THOMSON - BRANDT 20. Oktober 1977
    173, Bd. Haussmann 75008 Paris / Frankreich
    Unser Zeichen; T 2287
    Patentansprüche
    einem konzentrierten Strahlenbündel gravierbarer, wärmeempfindlicher Informationsaufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mindestens einer wärmeempfindlichen Schicht besteht, die aus einer bei einer Temperatur T1 wärmezersetzbaren Schicht und einer mit der wärmezersetzbaren Schicht in Kontakt befindlichen, die Gravierstrahlung absorbierbaren Schicht besteht, wobei die bei der Bestrahlung einer Zone absorbierte Strahlung in Wärme umgewandelt wird, die selektiv in den angrenzenden Bereich der wärmezersetzbaren Schicht eindiffundiert und diese auf ihre Zersetzungstemperatur T1 erwärmt.
  2. 2. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeempfindliche Schicht auf einem wärmeisolierenden Substrat abgeschieden ist.
    Dr-Ha/Ma 809817/0932
  3. 3. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht sich mit dem Substrat in Kontakt befindet, so daß die auf die wärmezersetzbare Schicht auftreffende Gravierungsstrahlung diese Schicht unter schwacher Absorption darin durchquert und zu ihrem größeren Teil durch die absorbierende Schicht absorbiert wird.
  4. 4. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die wärmezersetzbare Schicht mit dem Substrat in Kontakt befindet, so daß die Gravierungsstrahlung auf die absorbierende Schicht auftrifft, welche die Wärme an die darunter befindlichen Bereiche der wärmezersetzbaren Schicht ableitet, wobei die WMrmezersetzung dieser Bereiche in den entsprechenden Bereichen der absorbierenden Schicht Strukturänderungen erzeugt.
  5. 5. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlichen Strukturveränderungen der absorbierenden Schicht durch chemische Reaktion zwischen den Zersetzungsprodukten und den Bestandteilen der absorbierenden Schicht erzeugt werden.
  6. 6. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlichen Strukturveränderungen der absorbierenden Schicht durch mechanischen Angriff erzeugt werden, indem die Zersetzungsprodukte der wärmezersetzbaren Schicht detonierende Gemische ergeben.
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  7. 7. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmezersetzbare Schicht aus nitrierten organischen Verbindungen besteht.
  8. 8. Wärmeempfindlicher Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht aus Metall oder Halbmetall besteht.
  9. 9. Verfahren zur Informationsaufzeichnung auf einem wärmeempfindlichen Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Träger mit einem konzentrierten Gravierungsstrahl bestrahlt, wobei der Träger aus mindestens einer feinen, die Gravierungsstrahlung absorbierenden und die davon transportierte elektromagnetische Energie in Wärmeenergie umwandelnden Schicht sowie einer mit der absorbierenden Schicht in Kontakt befindlichen wärmezersetzbaren Schicht besteht, wobei die aus den bestrahlten Bereichen der absorbierenden Schicht stammende Wärmeenergie selektiv in die angrenzenden Bereiche der wärmezersetzbaren Schicht abgeleitet wird.
    809817/0932
DE19772747433 1976-10-22 1977-10-21 Informationsaufzeichnungstraeger Granted DE2747433A1 (de)

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